Структурно-функциональная организация почв как динамических биокосных систем

Смагин, Андрей Валентинович

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Структурно-функциональная организация почв как динамических биокосных систем
ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Структурно-функциональная организация почв как динамических биокосных систем"

На правахрукописи

СМАГИН Андрей Валентинович

СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ

ПОЧВ

КАК ДИНАМИЧЕСКИХ БИОКОСНЫХ СИСТЕМ

03.00.27 - почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Москва -2004

Работа выполнена на кафедре физики и мелиорации почв факультета почвоведения Московского Государственного университета им. М.В. Ломоносова.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

ГС. Куст,

доктор биологических наук, профессор

А.С Керженцев, доктор сельскохозяйственных наук, П.М. Сапожников

Ведущая организация: Институт физико-химических и

билогических проблем почвоведения РАН (г.Пущино)

Защита состоится «23» апреля 2004 г. в 15 час. 30 мин. в аудитории М-2 факультета почвоведения МГУ на заседании Диссертационного совета Д501.001.57

Адрес: 119992, Москва, ГСП-2, Ленинские горы, МГУ, факультет почвоведения, Ученый Совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова

Автореферат разослан «20» марта 2004 г

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании Диссертационного совета. Отзывы на автореферат в двух экземплярах просим направлять по вышеуказанному адресу.

Ученый секретарь Диссертационного совета

д.б.н., профессор А.С. Никифорова

ВВЕДЕНИЕ

Почва - биокосное тело, уникальное динамическое образование на поверхности Земли, обладающее специфическими свойствами и функциями. Вместе с тем почва является неотъемлемой частью другой, более сложной целостной биокосной системы - биогеоценоза (БГЦ) и может рассматриваться как результат его самоорганизации в фиксированных литологических, геоморфологических и климатических условиях. Изменение последних в свою очередь воздействует на динамику БГЦ и почвы, определяя их внешнюю организацию. Природная эндогенная и экзогенная организация в сочетании с антропогенным воздействием приводят к необычайному разнообразию экосистем и почв на планете, описанию которых посвящены многочисленные работы в области ландшафтоведения, генезиса и географии почв. Однако при переходе от описательного (качественного) к количественному, вещественно-энергетическому уровню исследования подобных объектов, оказывается, что, несмотря на их разнообразие и индивидуальность, все они подчиняются некоторым общим закономерностям организации и поведения во времени и пространстве. Исследование этих закономерностей с использованием современных достижений точных дисциплин, является приоритетной задачей почвоведения и экологии как наук о биокосных системах Земли. От ее решения зависит возможность научно-обоснованного управления этими системами, оптимизации их функционирования с целью предотвращения экологического кризиса. Применительно к БГЦ такая задача успешно разрабатывается в рамках математической экологии и биофизики. В современном почвоведении накоплен значительный материал в данной области исследований в ходе развития отдельных отраслей - генезиса, физики и мелиорации, химии, биологии почв; созданы и активно используются математические модели почвенных процессов и функций. Фундаментальный исследовательский вклад в нашей стране принадлежит творческим коллективам Санкт-Петербургского Агрофизического института, Почвенного института им В.В. Докучаева в Москве, Института физико-химических и биологических проблем почвоведения в Пущино и Московского Государственного Университета им. М.В. Ломоносова, где особенно выделяется школа академика Г.В. Добровольского по изучению структурно-функциональной роли почв в биосфере. В перспективе можно ожидать генерализацию полученного знания на единой методологической основе - общей теории динамических систем и развитие самостоятельного биогеофизического направления, предметом которого будут динамические биокосные системы и процессы их организации [Хильми, 64, Смагин, 96]. Необходимость такой интеграции диктуется глобальными экологическими проблемами современности и естественным желанием культурного общества жить в гармонии с окружающей средой.

В связи с вышеизложенным, актуальность данного исследования проявляется в двух аспектах: в теоретическом,

рос национальная}

БИСЛПОГСКА СПетсрб

СПетгрйург ОЭ |

развитию биогеофизики, как науки о физических свойствах и процессах организации биокосных систем Земли, и в прикладном, так как от успехов развития этой дисциплины в свою очередь зависит возможность научно обоснованного менеджмента почв и решения важнейших экологических проблем современности.

Цель работы состояла в изучении количественных закономерностей пространственно-временной организации и функционирования почв как динамических биокосных систем на единой методологической основе, обобщающей современные достижения точных наук в области системного анализа и моделирования. Для достижения этой цели были поставлены следующие научно-исследовательские задачи:

1. Обобщить современные принципы количественного описания динамических систем в виде базовой математической модели их пространственно-временной организации и функционирования.

2. Исследовать процессы организации биокосных систем в связи с динамикой их органического вещества.

3. Исследовать экологическую газовую функцию почв.

4. Разработать теоретические основы и методы оценки физического состояния почв и его динамики.

Исследования проводились на единой методологической основе, объединяющей термодинамический и кинетический (синергетический) подходы к количественному описанию физических систем. Основополагающая идея состояла в представлении почв в качестве динамических биокосных систем и привлечении современного математического аппарата теории динамических систем к описанию процессов структурно-функциональной организации почв. В связи с этим основным методом исследования послужил метод математического моделирования, включающий в отличие от большинства работ в этой области, не только составление моделей и численные поливариантные расчеты, но и аналитическое исследование моделей с целью определения устойчивости, характерных состояний и возможных режимов функционирования динамических систем. Стержнем всего исследования являлась идея о биогенной организации почв, проявляющейся в направленном воздействии живых организмов на косные (твердые, жидкие и газообразные) компоненты окружающей среды с целью их упорядочения и оптимизации исходно неблагоприятных для роста, развития и воспроизводства организмов условий обитания. Аккумулированные при таком воздействии в почвах вещество, энергия и информация в свою очередь определяют развитие живых организмов, реализуя обратную связь в биокосных системах — главную отличительную черту самоорганизующихся единств,. Эта обратная связь проявляется в виде экологических функций почв, включая основную из них — почвенное плодородие. Мощным фактором внешнего по отношению к биокосным системам биогенного воздействия служит антропогенная деятельность, которая может носить как творческий, созидательный, так и

разрушительный характер, если осуществляется вопреки закономерностям природной организации. Наряду с биогенными процессами, структурно-функциональную организацию почв как динамических биокосных систем определяют внутренние и внешние абиогенные факторы и условия их существования - потоки веществ и энергии, межфазные физико-химические взаимодействия, химические реакции, физические процессы и поля. Метод математического моделирования позволяет объединить перечисленные выше внешние и внутренние, абиогенные и биогенные факторы в единое целое в виде моделей динамических биокосных систем с соответствующими условиями на границах и проводить анализ устойчивости, режимов функционирования и реакции систем, осуществлять поиск оптимальных путей управления такими системами на базе полученных моделей их структурно-функциональной организации.

Однако, без должного информационного обеспечения, математическая модель остается абстрактной формой, поэтому первоочередной задачей исследования стояла разработка инструментальных биофизических методов изучения свойств и процессов в почвах, и экспериментального получения информации, требующейся для моделирования почв как динамических биокосных систем. В результате было предложено около 20 оригинальных методических разработок на базе газовой хроматографии, ИФК -спектроскопии, кондуктометрии и равновесного центрифугирования. Новым шагом в работе явилось использование современных компьютерных средств численного моделирования, в частности, среды «Matlab» для решения сложных дифференциальных уравнений, составляющих структуру моделей динамических систем.

В целом, научная новизна исследования состояла в разработке концептуально-методической базы нового биогеофизического направления в почвоведении, предметом которого являются физические закономерности организации и функционирования почв как динамических биокосных систем [7,8,22,23]. Впервые в почвоведении обобщены современные принципы количественного описания динамических биокосных систем в виде базовой кинетической модели и на этой основе дан теоретический анализ их устойчивости и потенциальных режимов функционирования [3,20,27,37]. Наряду с традиционным в почвоведении значением экзогенных факторов организации, показана роль эндогенных механизмов, нелинейных структурных связей «живое-косное» в формировании сложных форм поведения почв как динамических систем во времени и пространств, их устойчивости и реакции на внешнее воздействие. На примере идеальных физических объектов - почв легкого гранулометрического состава на количественном уровне исследован феномен биогенной организации и впервые показано, что формирование почвенного плодородия и функций (структуры, запаса органического вещества и биофильных элементов, поглотительной и водоудерживающей способности, газовой функции, поддержания биоразнообразия) является закономерным результатом

самоорганизации долинных сосновых БГЦ на песках [3,7,10,13,14,16]. Разработаны не имеющие аналогов кинетические модели функционирования и организации биокосных систем в связи динамикой их органического вещества [3,13,20,27,35,39,47]. На этой основе впервые изучены физические механизмы устойчивости динамических биокосных систем, триггерной реакции на увлажнение и трофность, эндогенных колебательных режимов функционирования, определены характерные времена формирования и разрушения (деградации) органопрофиля почв.

Впервые в отечественном почвоведении дан подробный аналитический обзор современных представлений о газовой функции почв по отношению к атмосфере [1,3336,44]. На основе оригинальных моделей и экспериментов показана значительная роль межфазных взаимодействий газов, диффузионного и конвективного массопереноса в определении газовой функции почв наряду с традиционно рассматриваемыми биогенными источниками и стоками [1,24,30,34,40,50]. В связи с этим предложено проводить оценку газовой функции почв не по эмиссии (поглощению) поверхностью, а по гросс продукции (потреблению) во всем объеме почвы. Выявлен пульсационный механизм функционирования природных (болотные почвы) и антропогенных (полигоны ТБО) гидроморфных биокосных систем, заключающийся в последовательной смене фаз биогенной внутрипочвенной аккумуляции и локальной конвективной разгрузке в атмосферу [34,50]. Исследованы зависимости показателей массопереноса и генерирования газов от влажности (пористости аэрации) и температуры почв и предложены оригинальные эмпирические уравнения для их аппроксимации [1,3, 6,21,29]. Разработаны и внедрены новые методы исследования содержания, потоков, поглощения и выделения газов и паров в почвах в лабораторных и полевых условиях [5,6,12,15,21,29,51.].

Впервые предложено рассматривать физическое состояние биокосных систем как продукт взаимодействия твердой, жидкой и газовой фаз и биогенной организации, проявляющейся в процессах синтеза и распада ОВ [2, 49]. На основе термодинамического и кинетического подходов дан теоретический анализ сил и факторов, контролирующих межфазные взаимодействия и устойчивость состояний почвенных физических систем, а также их количественная характеристика с использованием оригинальных инструментальных методов исследования - газовой хроматографии, ИФК-спектроскопии, кондуктометрии и равновесного центрифугирования [2,5,6,12,15,18,19,26,49]. Выявлена существенная роль молекулярных взаимодействий и энергетических барьеров между физическими фазами почв в формировании их структурного состояния и водоудерживающей способности почв. Предложены новые методики оценки показателей дисперсности - агрегированности почв, молекулярных взаимодействий твердой и жидкой фаз (обобщенных констант Гамакера) и предельно-равновесных (критических) состояний почвенных физических систем, соответствующих границам максимального проявления поверхностных

(молекулярных), капиллярных и гравитационных сил. Дана термодинамическая оценка и предложены физические механизмы влияния природных и синтетических биополимеров на физическое состояние почв [14,16,17,18,48,49,52]. Разработанные теоретические основы и методы оценки физического состояния почв успешно использованы при проектировании и создании оригинальных слоистых влагоаккумулирующих конструкций типа «сэндвич», применение которых в городских условиях

0.А.Э. впервые позволило достичь 30-50% экономии поливной влаги и снять угрозу вторичного засоления при выращивании зеленых насаждений [2,28]

Практическая значимость:

экологических проблем деградации почв и их физического состояния, устойчивости природных экосистем, загрязнения атмосферы и парникового эффекта, почвенного менеджмента и конструирования. Так на основе предложенных теории и методов оценки физического состояния почвы были разработаны оригинальные слоистые почвенные конструкции для выращивания зеленых газонов в в условиях экстрааридного климата Объединенных Арабских Эмиратов (1995). В настоящее время результаты исследования активно используются при подготовке Программы оздоровления городских почв и соответствующей нормативно-правовой базы по заданию Департамента природопользования и охраны окружающей среды при Правительстве Москвы.

Защищаемые положения:

1.Кинетический подход к количественному описанию почв как динамических биокосных систем, математические модели и результаты моделирования

пространственно-временной организации и функционирования динамических биокосных систем и их компонентов.

2.3иачение внутренних нелинейных взаимодействий в формировании устойчивости динамики и реакции динамических биокосных систем на внешние воздействия.

З.Формирование структуры, водоудерживающей способности и плодородия песчаных лесных почв как результата самоорганизации долинных сосновых биогеоценозов.

4.Экологическая газовая функция почв. Значение внутренних биофизических механизмов генерирования, аккумуляции, транспорта, межфазных взаимодействий газообразных веществ в определении газовой функции почв различных экосистем.

5. Пульсационный механизм динамики газов в гидроморфных биокосных системах, роль локального конвективного транспорта в эмиссии газов.

6. Теоретические основы, критерии и методы оценки физического состояния почв. Значение органических веществ и молекулярных межфазных взаимодействий в формировании водоудерживающей способности и физического состояния почв.

Личный вклад автора:

Теоретические положения, математические модели и их аналитические решения, основная часть методов исследования разработаны лично автором. Численные расчеты по моделям с использованием современных компьютерных программ были осуществлены автором при помощи профессиональных программистов. Большая часть экспериментального материала получена автором или под его руководством в коллективных лабораторных, экспедиционных и стационарных исследованиях кафедры физики и мелиорации почв ф-та почвоведения МГУ, УОПЭЦ МГУ «Чашниково», институтов Лесоведения РАН, Микробиологии РАН, и ряда других организаций. Подавляющее большинство публикаций, обобщающих результаты исследований, подготовлено и написано лично автором, в том числе издания МГУ [1,2,3], крупные работы в периодических изданиях [20,22,27,33,49], методические работы и главы методических пособий [5,6,12,15,19,26]. Участие сторонних специалистов в экспериментах и обработке результатов оговорено в соответствующих разделах и отражено в виде соавторства в научных публикациях по той или иной части работы. Помимо того в исследовании широко использовались с соответствующей ссылкой опубликованные в отечественных и зарубежных источниках материалы.

Апробация работы, достижения и публикации:

почв и проблемы экологии», Пущино, 92, теоретический семинар по проблемам почвоведения, МГУ, 97, Ломоносовские чтения, МГУ 98, международная конференция «Деградация почв и опустынивание», МГУ, 99, 1 и 2 Международные конференции «Эмиссия и сток парниковых газов на территории Сев. Евразии», Пущино, 2000, 2003, научные чтения памяти А.Д. Воронина, МГУ, 2001, 11 школа «Экология и почвы», Пущино, 2002, научно-практическая конференция «Экологическое сопровождение инвестиционной деятельности - ЭKOREAL 2002», Москва, 2002.

Исследования неоднократно поддерживались грантами РФФИ (98-99, 992002, 2002-2003) и получили высокую оценку на академическом уровне в виде премий и золотых медалей Европейской академии (1997, за цикл «Биофизическая организация почв легкого гранулометрического состава) и РАН (2000, за цикл «Структурно-функциональная организация почвенных биофизических систем»).

По теме диссертации опубликовано более 60 работ; включая 6 монографий и учебно-методических пособий и 30 научных статей в отечественных и зарубежных изданиях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, выводов, изложена на 400 страницах машинописного текста, включает список литературы из 460 наименований, 62 рисунка и 33 таблицы.

Благодарности:

Автор с горячей любовью и глубокой благодарностью вспоминает своих безвременно ушедших родителей и учителей в жизни и науке: С.А. Ильинскую, В.Н. Смагина, В.Н. Виппер, А.Д. Воронина, Г.В. Смирнова, Е.А. Дмитриева, без которых он не состоялся бы ни как ученый, ни как человек. Глубокую благодарность автор приносит своим родным и близким: Н.Б. Садовниковой, М.В Смагиной, Т.Л. Быстрицкой за неизменную помощь и поддержку в работе, содействие в получении экспериментального материала исследования. Особую признательность автор выражает своим друзьям и коллегам: М.В. Глаголеву за профессиональную помощь в реализации численных расчетов по моделям, критическую проверку отдельных результатов и теоретических положений работы, содействие в проведении полевых экспериментов, Е.М. Шевченко, А.К. Губеру, Е.В.Шеину, А.В. Дембовецкому, А.Б. Умаровой, М.В. Банникову за профессиональную и товарищескую поддержку в экспедиционных условиях, помощь в лабораторных экспериментах и в компьютерной обработке результатов, а также всем сотрудникам кафедры физики и мелиорации почв, принимавшим участие в исследовании в рамках темы «Структурно-функциональная организация почвенных биофизических систем». Автор сердечно благодарит своих учителей и наставников Г.В. Добровольского, И.И. Судницина, Л.О Карпачевского, Е.В. Шеина, Ф.Р. Зайдельмана, за научные консультации по работе, ценные советы и критические замечания, высказанные в процессе предварительной экспертизы диссертации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ:

ГЛАВА 1. КОНЦЕПТУАЛЬНО-МЕТОДИЧЕСКАЯ БАЗА, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование посвящено структурно-функциональной организации почв как открытых поликомпонентных, полидисперсных, динамических, биокосных систем. Состав таких систем условно подразделяется на живое вещество (организмы и их сообщества) и физический субстрат, представленный твердой, жидкой и газообразной фазами (Рис.1). Биокосные системы суть результат взаимодействия живых организмов друг с другом и внешним окружением из косной материи. Физические аспекты такого взаимодействия составляют предмет биогеофизики как науки о физических свойствах и процессах организации биокосных систем Земли (Хильми,64 Смагин, 96). Нелинейность и неравиовесность рассматриваемых объектов, подчинение принципу самоорганизации делают невозможным их адекватное количественное описание на базе доминирующих в науках о Земле равновесных и квазиравновесных термодинамических подходов и требуют привлечения новых методологических подходов на базе синергетики и теории сложных динамических систем. В отличие от (гео)экологии, рассматривающей преимущественно влияние физической среды на живые организмы с учетом их адаптивных возможностей, в центре внимания биогеофизики лежит активная геофизическая средообразующая деятельность живых организмов, включая человека, по организации (упорядочению) косной материи в своем ближайшем окружении. Конечная цель науки заключается в выявлении общих физических закономерностей природной организации сложных динамических биокосных систем Земли на различных иерархических уровнях и в поиске оптимальных научно-обоснованных путей их управления (менеджмента).

Фундаментальной задачей биогеофпзики является изучение состава и состояния твердой, жидкой и газообразной фаз, физических свойств и процессов под воздействием живых организмов, а также продуктов жизнедеятельности - органических, органоминеральных и минеральных соединений, вовлеченных в биогенный круговорот вещества и энергии. Особая роль отводится исследованиям природных и синтетических биополимеров, как основных материальных носителей воздействия организмов на физические свойства субстратов. Сюда же отнесем проблему изучения скоростей трансформации и транслокации самих биополимеров, кинетики ферментативных процессов в биокосных системах. Не менее важны исследования влияния организмов и продуктов их жизнедеятельности на характеристики потоков веществ и энергии. Такое влияние осуществляется посредством формирования биогенных градиентов, изменения проницаемости физических сред (субстратов), а также через локальные процессы поглощения-выделения веществ и энергии в биокосных системах.

Рис.1 Структура биокосной системы и количественные

подходы к ее изучению [22,23,27]

СХЕМА БИОКОСНОЙ СИСТЕМЫ структурные взаимодействия Г - потоки веществ, энергии и информации в, Е - физические поля

Количественные подходы к описанию биокосных

систем:

Термодинамический (равновесный) подход

Кинетический подход Линейная кинетика 1

Синергетика

Перечисленные проблемы наряду с обратной задачей изучения биогеофизических функций, определяющих условия жизни организмов и в том числе человека, исследованы недостаточно. В результате развитие биогеофизики существенно отстает от биогеохимии, что в свою очередь сдерживает реализацию перспективных прикладных биогеофизических задач - почвенно-ландшафтного проектирования, конструирования, мониторинга и прогноза состояния динамических биокосных систем.

Биогеофизика - молодая отрасль, формирующаяся на стыке почвоведения, биогеоценологии (экологии), геофизики и современной теории динамических систем. На рубеже веков проблема структурно-функциональной организации динамических биокосных систем получила новый импульс развития в контексте глобальных экологических проблем современности - загрязнения окружающей среды, парникового эффекта и глобальных климатических изменений, антропогенной деградации растительного и почвенного покровов, аридизации суши и опустынивания... В этой связи выделим наиболее плодотворные коллективные разработки научно-исследовательских школ академика Г.В. Добровольского (МГУ, ин-т Почвоведения МГУ- РАН) по изучению структурно-функциональной роли почв в би7осфере, академиков А.С. Исаева (центр по проблемам Экологии и Продуктивности лесов РАН) и С.Э.Вомперского (ин.т Лесоведения РАН) по исследованию структурно-функциональной роли лесных и болотных экосистем в биосфере, академика Г.А. Заварзина (ин-т Микробиологии РАН) и проф. В.Н. Кудеярова (ин-т Физико-химических и Биологических проблем почвоведения) по изучению проблемы парниковых газов и роли биокосных систем в регуляции состава и состояния атмосферы. Серьезные успехи в данной области во многом обязаны развитию математического моделирования природных динамических систем, осуществленного работами Костицина, Лотки, Вольтерра, Пригожина, Тьюринга, Хакена, Форрестера, Марри, Лесли, Перта, Полетаева, Селькова, .Белинцева, Васильева, Моисеева, Рубина, Свирежева, Логофета, Гильманова, Хильми, Бондаренко, Нерпина, Чудновского, Полуэктова, Пачепского, Чертова, Комарова, Керженцева, Паникова, Бугровского, и многих других отечественных и зарубежных ученых. Лежащая в основе подобных исследований общая теория сложных динамических систем, признана приоритетным фундаментальным направлением современной математики, координатором которого в МГУ является ректор академик В.А. Садовничий.

В данном исследовании предпринята попытка обобщения современных принципов количественного описания динамических биокосных систем в виде базовой математической модели их организации и функционирования (рис.2). Динамические системы условно подразделены на два типа -проточные, без обратной связи и целостные или замкнутые, уровни которых объединяются посредством прямых и обратных связей, что создает предпосылки самоорганизации таких систем. Используя метод фазового пространства, можно оценить устойчивость и потенциальные типы

Рис. 2. Базовая модель дннамической биокосной системы:

Условные обозначения: I-интенсивное свойство системы (концентрация, влажность, температура, давление, плотность попутяции..), А — доля эффективного пространства системы, q — конвективный поток субстанции, И-феноменологический показатель (энерго)массоперепоса (диффузивность, дисперсия, температуропроводность...), II- структурные взаимодействия, локальные функции «источник-сток» (кинетика биогенных (рост, поглощение-выделение..) и абиогенных (межфазные взаимодействия, реакции..) внутренних процессов, g,f- внешние {граничные) функции и потоки, <р - характеристика (распределение) исходных свойств системы внуль-момент, г^-координаты пространства и времещЩ-\ —уровнисистемы.

поведения динамических систем в окрестности равновесия и за его пределами [20,27]. При этом оказывается, что сложные динамические системы обладают не одним равновесным состоянием (климакс, инвариант, «steady state» в экологии и почвоведении), а множеством, причем некоторые из них могут быть неустойчивыми, что при наличии механизмов нелинейной обратной связи создает предпосылки самоорганизации системы за пределами равновесия. Основной теоретический вывод этого анализа состоит в том, что сложное поведение (колебания, резкие скачки, переходы из одного состояния

в другое) часто является эндогенным, заложено внутри самой системы, детерминировано нелинейными структурными связями, а не стохастическим внешним воздействием. Сходные выводы можно сделать и для закономерностей пространственно-временной организации, где сложные формы распределений веществ и энергии чаще всего не являются следствием исходной литологической неоднородности, а служат результатом внутренней организации динамических биокосных систем, следствием нелинейности функций переноса и источников-стоков [3,20,27].

Обобщенные представления о современных количественных принципах описания динамических систем были положены в основу экспериментальных исследований по трем основным направлениям - изучение организации почв в связи с динамикой их органического вещества (ОВ), исследование газовой функции почв, изучение и количественное описание физического состояния почв. Стационарные исследования проводились на дерново-подзолистых песчаных, супесчаных, суглинистых, торфяно-глеевых, торфяных низинных и верховых почвах лесных, болотных и сельскохозяйственных ландшафтов основных объектов (УОПЭЦ МГУ «Чашниково», о. Лохин, Московской обл. ст. «Плотниково», Томской обл.). Дополнительно при моделировании динамики органического вещества и газовой функции почв болотных и степных биогеоценозов, были использованы материалы стационарных исследований на объектах ин-та Лесоведения РАН (Западнодвинский ст. Тверская обл., торфяные болотные почвы низинного типа) и ин-та Физико-химических и Биологических проблем Почвоведения РАН (зап. «Каменные могилы», Приазовье, черноземы обыкновенные тяжелосуглинистые), любезно предоставленные автору М.В. Смагиной и Т.Л Быстрицкой. Изучение городских почв и почвоподобных сред осуществлялось на станции озеленения муниципалитета Дубаи (О.А.Э., примитивные пустынные пылевато-песчаные почвы) и подмосковном полигоне ТБО «Хметьево» (Солнечногорский р-н, Московская обл.).

В научную программу исследований входило определения традиционных физических показателей - плотности почвы и ее твердой фазы, дифференциальной пористости, влагопроводности, наименьшей влагоемкости, гранулометрического состава, мониторинговые наблюдения за температурой, дисперсностью (удельной поверхностью) почв, содержанием и давлением почвенной влаги, солевым состоянием по электропроводности, почвенным дыханием и составом почвенного воздуха потенциальной биологической активностью (скоростями выделения СО2 и поглощения О2 при инкубировании почвенных образцов) а также ряд специальных задач по отработке новых методов исследования почв как динамических биокосных систем [2,5,6,12,49,51]. С использованием оригинальных методических разработок, были получены ОГХ, функции влагопроводности, воздухопроводности, электропроводности, зависимости эффективных коэффициентов диффузии от порозности аэрации, изотермы сорбции паров воды, показатели межфазных взаимодействий газов,

дисперсности и агрегированности почвенных частиц

[2,5,6,12,15,18,19,21,26,29,49]. Проводилась разовая агрохимческая оценка показателей почвенного плодородия, статистическое изучение концентраций, запасов почвенного ОВ и мощностей органогенных горизонтов в профиле. На ряде объектов осуществлено круглогодичное изучение поступления вещества в почву с растительным опадом, скоростей минерализации и гумификации почвенного ОВ, сезонной динамики газовой и жидкой фаз почв, проведен анализ запасов и химического состава фитомассы травяно-кустарничкого и мохового покровов, мортмассы (детрита) [2,4,9,10,11,13,31]. Помимо стационарных и мониторинговых исследований, направленных на выявление закономерностей структурно-функциональной организации почв как динамических биокосных систем, в работе был проведен массовый анализ почвенных образцов (350 шт.) в ходе экспериментов по определению кинетики деструкции ОВ, поглощения и выделения газов и паров, оценке физического состояния и водоудерживающей способности с использованием термодинамического подхода и новых инструментальных методов на базе равновесного центрифугирования, газовой хроматографии, ИФК-спектроскопии и кондуктометрии (табл.1).

Табл. 1 Объекты лабораторных исследований:

Типы (подтипы), названия почв и грунтов, Гранулометрический состав. Районы исследований и отбора' образцов•

Подзолистые и дерново-подзолистые, серые и бурые лесные почвы. Пески супеси, легкие, средние, тяжелые суглинки. Московская обл. (УОПЭЦ МГУ «Чашниково», ТСХА, Серебряноборское л-во, о. Лохин, Приокско-террасный зап. (ПТЗ), Белоомугасое л-во), Коми (р. Мая), Карелия (зап. Кивач), Владимирская обл. (Владимирский НИИСХ). Тульская обл. (Тульские засеки). Латвия (Мангальское л-во).

Черноземы оподзоленные, выщелоченные, обыкновенные, типичные, слитые, каштановые почвы Средние, тяжелые суглинки. Липецкая обл., Воронежская обл., Курская обл., Орловская обл., Краснодарский край, Волгоградская обл., Украина (Харьковская обл., Одесская обл, Донецкая обл.).

Вертисоли, слаборазвитые аллювиальные почвы. Тяжелые суглинки, глины. Тунис (провинция Бежа )

Дерново-степные, дерново-боровые, дерново-глееватые, каштановые, аллювиальные, лугово-болотные, ферралитные почвы. Пески, супеси (из коллекции проф. А. Г Гаеля) Волгоградская обл. (Арчединский лесхоз, Обливская ОПХ, Калач на Дону), Ростовская обл. (ст. Вешенская, Сев. Донец), Читинская обл. (р.Онон), Оренбургская обл. (Бузулукский бор), Якутия (р. Тюньга, о. Миэхебия), Бурятия (Онохойская оп.ст., Кяхта), Хакассия, Тува, Украина (Харьковская обл. (Изюмский лесхоз), Нижний Днепр, (Олешковское л-во)), Эстония (о. Хийумаа), Венгрия (Ирсент-Миклош, Нирши). Румыния (Ивешти), КНР (Чанжи)

Кварцевые полиминеральные и карбонатные пески пустынь и полупустынь. Пески, супеси (частично из коллекции проф. А.Г Гаеля) Прикаспийская низменность (Терско-кумские пески, Калмыкия ), Казахстан (сев. Приаралье, юж. Прибалхашье), Киргизия (Урдинские пески), Узбекистан, Туркмения (Кызылкумы, Каракумы, ст. Репетек), О.А.Э, Дубай.

Торфяные болотные верховые и низинные, перегнойно-торфяные, торфяно-глеевые аллювиально-болотные почвы, органогенные горизонты (подстилки) Московская обл. (УОПЭЦ МГУ «Чашниково», о. Лохин, Яхроминская Центральная Торфоболотная станция, Белоомутское л-во, ПТЗ), Тульская обл. (Тульские засеки), Томская обл. (ст. «Плотниково»), Тверская обл. (Заладнодвинский ст. ИЛРАН)).

Глинистые минералы, приролные и синтетические коллоиды (гели), модельные пористые среды Коллекция минералов кафедры физики и мелиорации почв ф-та почвоведения МГУ, коммерческие препараты (почвенные кондиционеры),фракции частиц определенных размеров

ГЛАВА 2. ДИНАМИКА ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА И ПРОЦЕССЫ ОРГАНИЗАЦИИ В БИОКОСНЫХ СИСТЕМАХ

Одной из наиболее актуальных задач почвоведения является оценка динамики органического вещества почвы. Значение этой проблемы связано с определяющим влиянием органического вещества (ОВ) на генезис, функционирование и плодородие почв. Согласно крылатой фразе академика Вильямса сущность почвообразовательного процесса заключается в синтезе и распаде ОВ. И действительно, почва является основным звеном биологического круговорота углерода, занимая третью после литосферы и мирового океана позицию в депонировании органического углерода и выполняя при этом исключительно важную экологическую функцию по биодеструкции органических соединений на планете (Рис 3). На схеме приведена современная информация по резервуарам и потокам органического углерода, полученная при обобщении как ранее опубликованных, так и последних данных зарубежных и отечественных специалистов в этой области

[1,3].

Возникновение почвы, ее устойчивое состояние и функционирование подчиняется принципу самоорганизации целостной биокосной системы более высокого порядка - БГЦ [7,8,22,27]. При этом живые организмы, стремясь сосредоточить и упорядочить в ближайшем окружении необходимые для их роста, развития и воспроизводства вещества, энергию и информацию, формируют почву, ее структуру и плодородие. Созданное многочисленными поколениями организмов биогенное плодородие реализует обратную связь -главную отличительную черту саморегулирующихся физических объектов. Живущее в настоящем обязано условиями жизни прошлым поколениям и формирует таковые для будущих. И почва при этом выполняет функцию своеобразного экологического банка, «финансируя» жизнь на Земле.

Наиболее ярко указанные закономерности иллюстрируются на примере почв легкого гранулометрического состава долинных сосновых БГЦ, где биогенная организация направлена на оптимизацию неблагоприятных для

РнсЗ Глобальный круговорот углерода [1,33] потоки, ретепвуары - млрд т.

роста и развития организмов исходных условий - бедности мономинеральных кварцевых песков питательными веществами и их низкой водоудерживающей способности. На рис 4 показаны разные стадии экогенетических сукцессии сосновых БГЦ на песках, отражающие постепенное нарастание интенсивности поступления и депонирования веществ и энергии в формирующихся при этом почвах. Видно как происходит заметное увеличение запасов ОВ, интегральной энергии водоудерживания, среднегодовой влажности, запасов основных питательных веществ, причем если на первых стадиях сукцессии (простые сосняки на слабодерновых поверхностно (мелко)-подзолистых слабодифференцированных грубогумусных почвах) значительный вклад вносит подстилка, то в дальнейшем, по мере интенсификации процессов поступления и деструкции опада (сложные сосняки на глубокодерновых глубоко-подзолистых модермуллевых (муллевых) почвах), биогенное плодородие и водоудерживающая способность локализуются в минеральных гумусово-аккумулятивных горизонтах. Таким образом, эволюция простых сосновых экосистем в сложные, сопровождается наряду с интенсификацией круговорота веществ и энергии и увеличением биоразнообразия -закономерным усложнением структурной организации почвы [10,13,14,16]. Смене типа леса соответствуют изменения на уровне вида почвы и типа гумуса (по О.Г. Чертову, 1981).

Подчеркивая высокую значимость ОВ в формировании структуры и плодородия почв, перейдем к количественной оценке его динамики и моделированию этого процесса. В простейшем линейном приближении кинетическая модель трансформации ОВ напоминает проточный бассейн, в котором уровень (запасы ОВ) поддерживается на определенной отметке (устойчивое стационарное состояние) за счет баланса поступления (опад) и выноса (деструкция ОВ по традиционному уравнению кинетики 1 порядка). При желании можно разбить ОВ на отдельные фракции, например, детрит и гумус, различные по скорости деструкции компоненты ОВ [Гильманов,74, Чертов, 85,97, Керженцев идр.,88, Driven by nature,97...] , что не меняет качественного поведения ОВ во времени. Как следует из анализа устойчивости и полученных аналитических решений моделей, динамика во времени сводится к монотонной релаксации к устойчивому равновесию (стационарному состоянию) с характерным временем, обратным кинетическим константам разложения (к) и гумификации [3,20,27]. Обобщенная оценка констант разложения детрита может осуществляться по соотношению запасов детрита и ежегодного опада. При этом характерная величина к=1 делит область параметров на две части - активной деструкции без образования подстилки (к>1) и заторможенного круговорота углерода (к<1), в пределе которого происходит накопление высоких запасов детрита в виде подстилки и торфяной залежи [3].

Для более детальной количественной оценки кинетики трансформации ОВ и последующего моделирования, были разработаны методики и

Рис.4. Стационарные исследования биогенной организации долинных сосновых БГЦ на почвах легкого гранулометрического состава 8

Поступление азота и зольных элементов с опадом

поток, г/м год

@ Сосняк простой ШЭкотон

□Сосняк сложный

Мд

Мл

Ре

Депонирующая функция биогенных горизонтов почв сосновых БГЦ:

И подсткпса

0 гумусово-аккумупятивный горизонт 0 порода (кварцевый песок)

100%

Вклад отдельных горизонтов:

1РШ

предприняты экспериментальные исследования этих процессов в лесных, болотных и степных экосистемах. Для сосновых БГЦ на дерново-подзолистых песчаных почвах выявлена значительная сезонная динамичность поступления ОВ, а также достаточно активное разложение в зимний период с ноября по март, составляющее до 30% от годовых потерь [3,13]. Кинетика поступления и трансформации ОВ находится в полном соответствии требованиям самоорганизации и устойчивого

функционирования рассматриваемых биокосных систем. Устойчивое развитие простых сосняков на бедных сильно дренируемых песках диктует необходимость низких скоростей трансформации ОВ. Кинетические константы деструкции детрита не превышают 0,3 год-1 при ежегодной массе опада L = 3-4 т/га, и доле гумифицированных веществ Г%=3-3,5%, что способствует накоплению ОВ в виде мощной подстилки (40-60 т/га) и грубого гумуса в горизонте А1Е (10-20 т/га). Смена простых сосняков сложными сопровождается возрастанием скоростей поступления и трансформации ОВ (L = 6-6,5 т/га, Г%=5-6%, к = 0,5-0,6 год"1,). Это приводит к постепенному разложению и гумификации детрита и образованию дифференцированной системы минеральных горизонтов А1-Е-Вь,б с запасом гумуса более 100т/га [3,13]. Депонирование органического углерода в виде гумусовых веществ в исследуемых биокосных системах варьирует в пределах 7-15 гС/м2год. Аналогичный показатель для болотных экосистем грунтового и смешанного типов увлажнения (Западнодвинский ст. ИЛ РАН) составил 18-27 гС/м2год при сходных темпах поступления ОВ в виде опада (3,5-4,5 т/га) и средневзвешенных по фракциям показателях его деструкции (к =0,4-0,5 год"1) [331].

Расчеты по моделям с полученными параметрами показывают, что в сосновых БГЦ для достижения стационарных запасов детрита требуется 20-30, а гумуса - не менее 100лет, что соответствует известной в литературе информации о темпах почвообразования на песках [Вайчис, 69,73, Guillet, Robin,72, Jauhiainen,73, Ball, Willams,74, Singleton, Lavkulich,87]. Деструкция OB при отсутствии его источника происходит существенно быстрее и уже за 10-20летпесчаные и осушенные органогенные почвы могу тпотерять более половины исходногозапасаОВ [3].

Внешняя организация в виде колебаний поступления ОВ и зависимости скоростей деструкции от сезонного варьирования влажности и температуры существенно не влияет на поведение запасов ОВ в почве и объяснить реально наблюдаемых значительных сезонных колебаний ОВ не может, особенно для гумуса. Сходный вывод был впервые получен Керженцевым и Зеленской (1986). Для учета зависимости скорости деструкции от термодинамических условий был проведен ряд лабораторных экспериментов с использованием модифицированного метода инкубации почвы в закрытых сосудах (рис.5). Модификация заключалась в учете выделяющегося при деструкции СО2 не только в атмосфере сосуда, но и в составе твердой и жидкой фаз почвы (адсорбированный, растворенный газ) [2,6]. Как видно зависимости носят

15т

2 -—'0225"

1 5 □ 1«_ 01-1,5

1 -'•ая-

М 1 у4

Г«" г

ЗСердя лесная (А), Тульская обл..

Чернозем тшшчи (А), Липецк, обл. j .Чернозем выщел^А), ЛипецклСл. j

Рис.5 Влияние влажности и температуры на интенсивность минерализации органического вещества почв

нелинейный характер и характеризуются областью оптимума. Для их аппроксимации и последующего использования в моделях динамики ОВ предложен ряд функций, в том числе оригинальная двухпараметрическая функция с экстремумом в точке с оптимальной влажностью (Wm): f(W) = (W/Wm)a/((1-W/(1-Wm))b, где ДW) - фактор влияния влажности в долях единицы, а,Ь,-эмпирические константы, причем a/(a+b)=Wm [3,6].

В условиях температурного и влажностного оптимума из органогенных материалов (подстилок, торфа) может удаляться до 20-30 и более мгС/кг-час, а из минеральных почв - 1-2,5 мгС/кг час, что соответствует при содержании углерода детрита 30-40%, гумусовых веществ -3-6% и при периоде биологической активности в ЮОсут потенциальным константам минерализации детрита к=0,16-0,18 год-1 и гумуса- 0,08-0,1 год-1 . То есть при отсутствии источника ОВ, детрит исследованных почв может исчезнуть в оптимальных для разложения термодинамических условиях за 16-19 лет, а гумус - за 30-40 лет. Если провести оценку по нижнему квантилю интенсивности деструкции (детрит -3-5 мгС/кг-час, гумус - 0,2-0,5 мгС/кг-час) период распада 95% детрита составит 100-120 лет, а гумуса -150-200 лет. Конечно, в реальности деструкция ОВ может сдерживаться диффузией кислорода, веществами-ингибиторами роста микробных популяций, снижением их численности с глубиной и другими факторами, благодаря которым на значительном удалении от поверхности можно обнаружить отдельные фракции ОВ с возрастом в несколько тысяч лет. Однако в целом, характерные времена трансформации ОВ верхних слоев почвы, по-видимому, близки к приведенным выше оценкам по лабораторным экспериментам, что также подтверждается данными о значительных потерях ОВ в пахотных почвах и осушенных торфяниках и результатами специальных долгосрочных опытов с бессменным паром [Кирюшин и др, 93, Антропогенная эволюция черноземов,2000, Возможности фундаментальных исследований в почвоведении 2000, Bridges, Batjes, 96].

В степных БГЦ на обыкновенных черноземах в процессе экспериментов удалось оценить поступление ОВ в почву в зависимости от характера природопользования и продуктивности исследуемых систем [3,4,9,11]. В абсолютно заповедной степи и при умеренной пастбищной нагрузке, несмотря на различия в продуктивности (785 и 389 гС/м2год) в почву поступает приблизительно одинаковое количество ОВ в виде свежих гумусовых веществ (около 20 гС/м2год). При распашке резко снижаются биопродуктивность (121 гС/м2год) и поступление ОВ в почву (7,7 гС/м2год). Эта информация была использована при моделировании длительной антропогенной динамики ОВ черноземов. При этом разработана оригинальная кинетическаямодель оргапопрофиля, включающаянадземный и внутрипочвенный источники ОВ в виде листового и корневого опада, дисперсию и конвективный перенос (иллювирование) ОВ по профилю, а также биодеструкцию по типу кинетики 1 порядка [3,35,39] (рис.6).

0 • 02 пЗЬорг, 0 02

а — кг'м' 0 4

06 те 06

X — 13: модель

Об 1 а 0 в

-Г в данные

1 Г1, г Среднестатистическии 1 2

1 2 органопрофиль черноземов

1 4 обыкновенных 1 4

1 6 1 6

Среднестатистический' органопрофиль черноземов типичных

0 ■

0 4 X

га

П В X

0 8

1 2 V Г

1 4 С

1 6

Среднестатистический органопрофиль черноземов выщелоченных

Сорг, кг/м1

Среднестатистический органопрофиль черноземов о подзо ленных

Сорг,кг/м3

□ целина

-О лет

—100 лет —200 лет

-400 лет

-600 лет

-1000 лет

-2000 лет

А потери ОВ (пашня)

Моделирование деградации органопрофиля чернозема обыкновенного

Рис.6. Модель органопрофиля черноземов [3,35,39]:

ее ас

— = Б—т—а

5t ск2 йг

Б =

-кС + Кехр(-Ьг)

Ь(т — Ь) - (К/ В)(А + В)

(А + В)(Ьг - тг)+(т - Ъ)(Ат + ВЬ)

Ь - 0(Ат + ВЬ) , 2 ,

а =-^-к = (Н/В) + ОЬ +Ьа

4 (А + В) 1 4

где: С - концентрация, Э - дисперсия, конвекция ОВ, Ь- поступление ОВ из наземного опада, Лехр(-Ьг) - поступление ОВ из корневого опала, кС - биодеструкция ОВ. А,В,ш,Ь -параметры аппроксимации стационарного органопрофиля по которому осуществляется настройка модели: С(г) = Аехр(-тг)+Вехр(-Ьг)+Со-

Полученное аналитическим путем стационарное решение модели позволило провести оценку части ее параметров по хорошо известным данным о профильных распределениях ОВ и оцененному выше поступлению свежих гумусовых веществ. Численное моделирование динамики органопрофиля показывает, что на его формирование при современных темпах поступления, трансформации и транспорта ОВ уходит не менее 1000 лет [3,35,39]. Деградация же при распашке и отчуждении органической массы происходит значительно быстрее (Рис.6). Модельные расчеты полностью подтверждаются реальными данными о потерях ОВ в русских черноземах за последние 100-200 лет [Антропогенная эволюция черноземов,2000].

В завершение данной темы обратимся к моделированию сложных колебательных и триггерных режимов функционирования динамических биокосных систем, являющихся следствием нелинейности внутренних структурных связей между живыми и косными компонентами. Хорошо известны данные о немонотонном колебательном поведении микробной массы в почвах, носящем регулярный характер и не зависящем напрямую от внешних гидротермических факторов [Звягинцев, Голимбет,83, Горбенко, Паников, 89 .Семенов, 2001]. В наших исследованиях выдвигается гипотеза об эндогенном происхождении этих колебаний по причине нелинейности трофических функций потребления организмами - деструкторами органического субстрата в почве. При этом предложен ряд кинетических моделей, позволяющих воспроизвести колебательные режимы динамических биокосных систем [3,27]. Так любая из известных в микробиологии трофических функций (Вольтерра, Михаэлиса-Ментен, Тиссье... ) способна при определенном соотношении скоростей поступления ОВ и отмирания микроорганизмов порождать в системе эндогенные периодические режимы по типу затухающих колебаний. Если же трофическая функция носит экстремальный характер (подавление роста недостатком и избытком ОВ) в биокосной системе может возникнуть явление динамической неустойчивости (бифуркация Андронова-Хопфа) и последующая самоорганизация за пределами равновесия в виде автоколебаний (предельного цикла).

Триггерные режимы иллюстрирует рис.7. Подавляющее большинство известных почвенно-экологических моделей не способны описать переключение функционирования биокосных систем, например гибель вместо роста при достижении критических величин экологическими факторами. В наших исследованиях разработаны модели, воспроизводящие подобные явления, в частности модель роста фитомассы БГЦ в зависимости от уровня увлажнения и трофности почв [3,47]. Нелинейная кинетика потребления почвенных субстратов и влаги, сопряженная с самолимитированием роста способствует появлению триггерных режимов в динамических биокосных системах. Так снижение ежегодных осадков до 300мм в сосновых БГЦ на автоморфных песчаных почвах при обычных темпах роста и влагопотребления приводит к потере устойчивости

Рис. 7 Моделирование триггерных режимов функционирования-динамических биокосных систем [3,47]

1, Структура моделей:

трип ер 1 «Осадки»

(И п

в1

-кВ-к — К

сПУ <Н

= Р--ЛУ

триггер 2 «Трофность» В1

«И (а + Х)

состояния:

-кВ-к-

В=0, В=(т±\'ш1 - 4КБ )/2,

8=ау/К, т= (гК/к-К-Я) (бифуркации режимов):

Во, Хо >< Вцр , Хк7

стационарные

В=0, В=Кг(Р/у-\УКр)/кП-К, Х=к2В W=P/y;

критерии устойчивости {КР/^ЛУ^УП-ЦхО где В, X, W - запасы фитомассы, ПОВ, т/га, и возобновимого ресурса (влаги, мм), поступающих в почву с интенсивносгями кгВ, т/гагод и Р, мм/год, и удаляющихся с удельной скоростью у, год"'; ПОВ контролирует рост фитомассы согласно кинетике Михаэлиса-Ментсн (а- константа Михазлиса, т/га), а влага, согласно линейной трофической функции Вольтерра (\У«,~ недоступная влага, П- полная влагоемкость, мм), г - мальтузианский параметр роста, год'1, К- емкость среды по фитомассе, т/га, Наряду с синтезом осуществляются диссимиляционные потери фитомассы (-кВ), и самолимитирование (-кВг/К). Во, Хо - начальные запасы фитомассы и ПОВ, т/га.

2. Оценка параметров моделей но реальным данным:

Функции роста биомассы сосновых БГЦ

В(1)

450 400 350 300 250 200 150 100 50 О

С. брусн.мшист. Мотаное, 60 С.черничный. Казимиров,77 С.брусничный. Казимиров, 77 С.осгепненый.Поздняков.бЭ С. вереск-пищ. №пчанов,77 - модель

Логистическая мс&епь В,1)=а(1+(С.Во)ехр(-М)/Во} R=0 97-0.9Э, 5=3-10. параметры достоверны

при Р= 0 05 . д А

100

120

140

160

180

200

Зависимость опада от фитомассы в сосновых БГЦ

(Россия. Украина, Белоруссия)

, у = оохгх

; Н = 0 9127, п=100

0,05

■ 0.04

0,03

0,02

0.01

фитомэсса,т/га

Оценка константы Михазлиса

(простые сосняки на д/подэолистых легких почва«)

У=0.04бх'(хм0,45), Р"=0 996,

в=0 001,параметры достоверны при Р=0,05

гу*ус т/га

100

200

300

400

100 150 200 250

3. Численное моделирование

тригерпмх режимов:

ОД,т/га

ТриггерГОСАДКИ"

□Рмм В ^Умм

крмтичессии

уровень

увлажнения

500 400 300 200 100 0

100

150

200

Триггер 2 -ТРОФНОСТЬ"

Параметры модели: 11=1000, АУк= 100мм, к=0,02 год"';С. вересково- лишайниковый:

г=0,29, у=1,7 год'1, К=60, Во=6т'га; С. бруснично-мшистый: г =0,30,у =1,8 год'1, К=115, ▲ □

В,X,т/га

-биошсса (В)

-08 почвы (X)

0 Спр. верес ково-миистый А Спр.бруснично-мшстый □ Схллещш-разнотравный

Во=12 т/га; - реальные данные.

Параметры модели: Первичная сукцессия (С.вереск.мшист.): г=0,25, к=0,1, кг=0,01,у=0,02 год' 1 а=б, К=100, Во, Хо,=9 т/га; Второе поколение (С.брусн. мшист): г=0,25, к=0,1, к2=0,02,у =0,04 год"1 а-10, К=160, Во=9, Хо=19 т/га; Сукцессия с.прост. в с. сложи.: г=0,3, к=0,1, к2=0,03,7=0,05 год"'а=24, К=160, Во=10,Хо=10т/га Д □ О -реальные данные

ненулевого стационарного состояния и гибели древостоя (выхода фитомассы на нулевой уровень), что хорошо согласуется с данными лесоводов по климатическому районированию древесных насаждений [Молчанов,60, Мигунова,93]. В более сложной системе (триггер «трофность») с прямой связью в виде опада и обратной в виде нелинейного потребления почвенных субстратов с кинетикой Михаэлиса-Ментен, управляющим параметром становится уровень накопленного в почве ОВ. Если он ниже критического, рост фитоценоза данного типа невозможен. По мере экогенетических сукцессии происходит постепенное увеличение запаса ОВ почвы и, соответственно возникает возможность поселения и развития более требовательных к плодородию видов с более высоким значением критических запасов ОВ (Рис.7). То есть модель удачно воспроизводит исследованные ранее закономерности биогенной организации сосновых БГЦ на песках и, по-видимому, может быть использована для выявления критических запасов,,ОВ почвы и начальной фитомассы (саженцев) при которых гарантируется устойчивый рост фитоценоза и эволюция биокосного единства в целом.

ГЛАВА 3. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ГАЗОВАЯ ФУНКЦИЯ ПОЧВ

С трансформацией ОВ в почве напрямую связана ее экологическая газовая функция как источника, резервуара и стока веществ, контролирующих состав и состояние атмосферы. Ее изучение является одной из наиболее актуальных задач современного почвоведения и биогеофизики в связи с проблемами парникового эффекта и загрязнения окружающей среды и вместе с тем в этой области исследования остается много неопределенностей как в методологическом, так и в практическом отношении [Заварзин, 2000, Кудеяров, 2000,2003]. В работе дан аналитический обзор современной информации о глобальной экологической газовой функции почв, выявляющий большой вклад этих биокосных систем в эмиссию и поглощение парниковых газов и атмосферных поллютантов (Рис.3)[1,33,44]. Углеродный пул почвенного покрова оценивается в 1480+720 млрд.т (третье место после литосферы и мирового океана) при ежегодной эмиссии 55+14 млрд.т С-СО2 (> 30% глобального источника), 175+60 млн.т СН4 (>30%), 8-13 млн.т N,0 (70-80%), ежегодном поступлении в виде опада 49+0,5 млрд.т С (>30% глобального стока), поглощении 30+15 млн.т СН4 (>6%), 0,1 - 1 млн.т N,0 (>7%), 450 млн.т СО (65%), 50-55 млн.т 802 (>80%). Информация относится к балансовой оценке процессов поглощения - выделения газов поверхностью почвы.

Учет внутрипочвенных процессов трансформации, транспорта, генерирования и поглощения газообразных веществ вносит серьезные коррективы в оценку газовой функции почв и выявляет еще большую значимость почв в регуляции атмосферы. Количественная оценка указанных процессов потребовала разработки новых методов исследования и проведения лабораторных и полевых экспериментов по динамике газов в

почвах различных экосистем [5,6,21,24,29,51]. Предложены и апробированы полевые методы оценки вертикального распределения углеродсодержащих газов (СС>2, СН4) и кислорода в почвах, включая обводненные пористые среды (торфяники), где с этой целью впервые применены оригинальные пробоотборники вытеснительного типа. Для анализа концентраций газов почвенного воздуха, а также эмисии СО2, СН4 и поглощения О2 на поверхности почвы впервые использован портативный газоанализатор ПГА-7 отечественного производства (Санкт-Петербург) и проведены соответствующие методические изыскания. Предложен и апробирован метод инкубации образцов почвы для оценки интенсивности выделения (поглощения) газов объемом почвы в зависимости от влажности и температуры с учетом сорбции газов твердой фазой почвы и их растворения. Разработаны лабораторные и полевые методы исследования диффузионного массопереноса газов внутри почвы. При этом впер получены данные о диффузии газов в насыщенных влагой почвах и выя- то значительное (в 310 раз) превышение эффективного коэффициента диффузии в насыщенных торфах относительно чистой воды, предположительно из-за явлений поверхностной диффузии. На основе предложенных методов проведены исследование динамики содержания газов и их эмиссии в автоморфных дерново-подзолистых, и гидроморфных торфяно-глеевых и торфяно-болотных почвх на стационарных объектах «о Лохин», УОПЭЦ «Чашниково» (Московская обл.), «Плотникове» (Томская обл.) и «Сосвятское» (Тверская обл.). Содержание углеродсодержащий газов закономерно увеличивается с глубиной почвы, достигая предельных величин 4-6% (до 12%) в гидроморфных почвах, причем в последних отмечается закономерный экстремум в профильном распределении газов на глубинах от 30 до 80 см. Распределение кислорода носит обратный характер -максимальное количество (19-21%) в поверхностных слоях и снижение с глубиной до 15-18% в суглинистых автоморфных и 5-6% в гидроморфных почвах. Впервые удалось оценить содержание кислорода в торфяниках Западносибирских болот и выявить значительные (до 100-150 г/м3) его запасы на глубинах 30-50 см, формирующиеся за счет локальной ненасыщенности почвы влагой. Этот кислород играет важную экологическую роль в формировании метанотрофного фильтра и снижении эмисии метана болотными экосистемами, что подтверждается анализом динамики изотопного состава СН4. Благодаря действию метанотрофного фильтра от 30 до 80% СН4 может окисляться до СО2 по мере массопереноса из горизонтов метаногенеза к поверхности почв [38,42,46].

В ходе исследований удалось получить. новые данные о закономерностях динамики газовых профилей, диффузионного и конвективного массопереноса газов и о недостаточно изученных в почвоведении вопросах взаимодействия газов твердой и жидкой фазами. Предложены кинетические модели межфазных взаимодействий и показано, что в адсорбированном и растворенном состоянии может содержаться в десятки раз больше некоторых

Сезонная динамика запаса С0г в почвенном воздухе сосновых БГЦ (о.Похин)

Запас СО,, riм1

3 2 1

О 4-1-.--—i————

0606» 140998 23.12.68 02.04»

Динамика >росс-лродоции СО, в почвах сосновых БГЦ

дата

110769

191069

27 01 SO

Доля гравитационного сто*а СО, м почв ■ зиини» период в %от эмисми

288

46 9

76 7

О сосня« прост в СОСНЯК СЛОЖИ П экотон

60 ] Динамика аккумуляции и разгрузки rajoa в торфянике Бакчарского болота

100 ■

Соотношение даиамми запаса к фоновых величии эмисии метана

rtHi (фаза разгрузки)

12 10 а ГЦ

в sí

0 ■

дата

19аи 2сен 16c«t 30сен Пои

Со от ношен«« »мисси» к гросс-продоции СО) (фаза аккумуляция) i

rfM»-

в эмиссия о rpocc-предукция

.еП.ш. Л.йй

20авг-2свит 17-23 сект 23 -ЗОсвнт

30мол 10-15 15 - 20 2 -10 10 -17 8-14 - 5 аег а от авг евнт сент опт

Рис.8 Исследование газовой функции автоморфных и гидроморфных биокосных систем (13,34,50]

газов, чем в почвенном воздухе. В равновесных условиях концентрации СО2 в почвенном воздухе и растворе соизмеримы в кислой среде, а при рН 7-8 в жидкой фазе аккумулируется в 5-40 раз больше СО,, чем в газовой. Сорбция ССЬ в сухих почвах в равновесных условиях подчиняется закону Ленгнмюра,, а при естественном уровне концентраций в газовой фазе - закону Генри. При этом в твердой фазе тонкодисперсных и богатых органическим веществом почв сосредотачивается в 10-50 раз больше ССЬ чем в газовой. Кинетические константы (к) растворения варьируют в среднем от 0,1до 0,3 час-1, а сорбции в сухих почвах от 1 до 10 час-1, возрастая по мере повышения дисперсности и количества ОВ. При увлажнении почв этот показатель становится близким к таковому для процессов растворения. Характерное время установления межфазного равновесия не превышает нескольких часов.

Полученные данные вносят серьезные коррективы в определение генерирования и поглощения газов почвами, в частности, при оценке продукции ССЬ, кинетики минерализации и роста микробной массы в почве инкубационными методами. Учет межфазных взаимодействий при оценке выделения СО2 почвой в инкубационных сосудах приводит к увеличению определяемого показателя в 1,2-3 раза для минеральных и 2-10 раз для органогенных горизонтов почв [1-3,40,41]. Информация о транспорте, межфазных взаимодействиях, динамике концентраций газов и их эмиссии с поверхности позволила на основе распределенных кинетических моделей газовой фазы рассчитать гросс-продукцию углеродсодержащих газов всей почвенной толщей в полевых условиях и сопоставить ее с традиционной оценкой по эмиссии с поверхности [1,24,30,34,40] (Рис.8). При этом в большинстве объектов оценка по эмиссии дает занижение в 1,3-2 раза и лишь в отдельных автоморфных почвах с интенсивным диффузионным газообменом с атмосферой может формироваться устойчивое стационарное состояние, при котором практически весь генерируемый газ выходил бы с поверхности в атмосферу. Анализ сезонной динамики показывает, что часто аккумулирующийся в вегетационный период диоксид углерода постепенно выходит из почвы в осенне-зимнее время, причем существенный вклад в массоперенос здесь оказывает конвективный механизм - естественная конвекция (стекание) в поле силы тяжести в составе жидкой и газовой фаз.

Для гилроморфных объектов выявлен пучьсационный характер сезонной динамики газов, при котором фаза аккумуляции неоднократно за сезон сменяется фазой разгрузки -- конвективного локального выхода газов в атмосферу по местам с максимальной газопроницаемостью. При этом разгрузка запасов газа многократно превышает эмиссию с поверхности, определенную традиционными методами камер, что на наш взгляд ставит под сомнение возможность их использования для оценки вклада болот в парниковый эффект (Рис 8). Сходные закономерности выявлены для свалок (полигон ТБО «Хметьево», Московская обл), где при объемном содержании до 40% СО2 и 60% СН4 при невысоком (5-15%) содержании кислорода локальные конвективные потоки утлеродсодержашнх газов достигают

значений 3-6 гС/м2час, а при искусственной пенетрации почвенных экранов -0,8-3 кгС/м2/час [50,51].

Полученные в ходе полевых и лабораторных (рис.5) экспериментов данные о зависимости продуцирования газов от гидротермических факторов были положены в основу принципов оптимизации газовой функции болотных экосистем посредством регулировки их водного режима [45]. Очевидно, что при небольшом осушении можно сформировать метанотрофный фильтр и резко снизить эмиссию метана, имеющего в 20 раз больший вклад в парниковый эффект по сравнению с СО2 Однако при этом нельзя нарушить углеродный баланс торфяника, чтобы не привести к его аэробной деструкции [Вомперский,68,94]. Например, на объектах Западнодвинского ст. ИЛРАН (Тверская обл) по предварительной оценке в осушенном черноольховом болоте гросс-продукция газообразного углерода при разложении торфяника составляет 300+50 гС/м2год, а в неосушенном -100+50 гС/м2год. При сравнении с поступлением углерода в почву с растительным опадом (213+40гС/м2год и 188+5гС/м2год) получается, что в осушенном торфянике возникает отрицательный баланс в 87+44гС/м2год, а в неосушенном, напротив, - сток углерода в 88+64гС/м2год[30,34]. Для исследованного участка верхового Бакчарского болота (Томская обл.) расчеты показали, что в настоящее время на объекте, подвергавшемся в 80х годах осушению, сложился оптимальный режим при фактически нулевом углеродном балансе, что подтверждается сопоставлением величин ежегодного опада и продуцирования газообразного углерода торфяником с учетом естественного варьирования УБВ [45].

ГЛАВА 4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ, КРИТЕРИИ И МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ФИЗИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВ КАК ДИНАМИЧЕСКИХ БИОКОСНЫХ СИСТЕМ

Заключительная часть диссертации посвящена исследованию физического состояния почв как открытых поликомпонентных полидисперсных динамических биокосных систем, в развитие идей А.Д. Воронина под чьим руководством автору посчастливилось начинать эту работу. Обобщены результаты отечественных и зарубежных исследований в данной области [Кин,33, Дерягин,34, Лебедев,36, Долгов,46,48, Роде,50, Лыков, 50, Рассел,55, Дояренко,63, Качинский,65, Нерпин,Чудновский,67, Глобус,69, Мичурин,75, Судницин.79,95, Воронин,84,90, Березин,Воронин,Шеин,85 Бондарев,94, Медведев,88, Сапожников,94, Campbell, 85, Letey,85, Shirazi et al,98... ] Предложено рассматривать физическое состояние почв как детерминированный результат взаимодействия ее твердой, жидкой, газовой фаз и биогенной организации, проявляющейся в процессах синтеза и распада ОВ. При этом использованы как равновесный термодинамический, так и кинетический подходы для его количественного описания. Наряду с хорошо известными физическими характеристиками (гранулометрический

состав, плотность почвы (рь) и ее твердой фазы (ps), влажность (W), дифференциальная пористость...), определяемыми традиционными в почвоведении методами, в работе применен ряд новых показателей физического состояния и (или) методов их получения. Среди них: основная гидрофизическая характеристика (ОТХ) - зависимость матричного потенциала влаги от ее содержания в почве (v|/m(W)) - метод равновесного центрифугирования [2,6,26], полная гидрофизическая характеристика (ПГХ) — зависимость полного потенциала влаги от ее содержания в почве (4/t(W)) -газохроматографический метод, расчетный метод (ij/t =ym +^'0., +4/1О [2,49]( электропроводность порового раствора (Ее) и осмотический потенциал почвенной влаги (^„^ЗбЕс) - кондуктометрический метод[2,28,49], относительная диффузивность газов (D/Do) - метод монолитов [5,6], потенциал внешней нагрузки (у„). - метод равновесного центрифугирования [2,49], интегральная энергия водоудерживания (Е) - расчетный метод по ОГХ (E=ivmdW) [2,49], эффективная удельная поверхность элементарных почвенных частиц (S) - газохроматографический метод [2,6,12,15], эффективная удельная поверхность структурных элементов (SCK) -расчетный метод по данным гранулометрического состава [49], эффективная удельная поверхность жидкой фазы (гидравлическая поверхность) (Sw) -расчетный метод (Sw=E/CTal/r, CT^r - поверхностное натяжение жидкой фазы) [49] и ряд других критериев.

Часть показателей и производных от них величин входят в теоретические уравнения, описывающие вклад основных физических сил во взаимодействие твердой, жидкой и газовой фаз в почве (рис.9). [49]. В отличие от традиционного анализа, рассматриваются одновременно не только взаимодействие почвенной влаги с твердой фазой, но и взаимодействие самих частиц друг с другом в процессе увлажнения-иссушения почвы, и с помощью кинетического подхода оцениваются факторы устойчивости частиц и тонких слоев влаги (Рис. 9, 10). Основной акцент сделан на конкурентное молекулярное взаимодействие между фазами почвенной физической системы, что также отличает работу от большинства исследований в этой области, опирающихся на теорию капиллярных взаимодействий и развивает новые представления о молекулярном уровне организации почвы [Зубкова, Карпачевский, 2001]. Предполагается, что взаимное молекулярное притяжение частиц твердой фазы конкурирует с молекулярным поглощением (адгезией) жидкости [49]. При реализации первого происходит коагуляция и агрегация ЭПЧ, а второго - связывание жидкой фазы и паров воды, набухание почв и грунтов. Доминирование того или иного процесса зависит от устойчивости слоев жидкости, разделяющих частицы твердой фазы. Основное значение в формировании устойчивости пленочной влаги и агрегативной устойчивости ЭПЧ принадлежит ионно-электростатическому и структурному (ПАВ) барьерам, которые предохраняют частицы от молекулярной адгезии и зависят от заряда,

Рис. 9 Основные уравнения концепции физического состояния почв [49]

Теоретические показатели и критерии взаимодействия фаз почвы:

1. СИЛЫ МОЛЕКУЛЯРНОГО ПРИТЯЖЕНИЯ (АДГЕЗИИ)

Л. симметричные п юпкп: РМШ1 =-А/блЬ3=-А(р,8\У,)3/бл((\\'-\У1)АУ1)3, (1)

Б. несимметричные шелкп: Риол=-(25 ^Ь3) [ Да^-Да^+ДсГс/яД 1 -с/Ь)3|, (2)

Ь.— толщина водного слоя, А - константа Гамакера, о и Да - поверхностные натяжения и коэффициенты растекания на границе раздела фаз (слоев), \У„ УУ, -влажности насыщения и прочно связанной влаги, с - сольватный или адсорбционный слой ПАВ.

2. СИЛЫ ИОННО- ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ОТТАЛКИВАНИЯ'

А. механическое удаление влаги (дренаж): Р|=Вехр(-(\УЛУ,)(\У,/р,5^), (3)

Б. испарение влаги (сушка): Р1=В(\УЛУ,)-1ехр(-(\У/р,5\У,)0,5(\У,/л)), (4)

толщина ионной атмосферы: А.=Г"1(1Що£/п1)"0'5,1=1С,/Д (5)

где Р - число Фарадея, £о> £ - диэлектрические проницаемости для вакуума и среды (жидкой фазы), I — ионная сила раствора, г, - валентность и С, - молярная концентрация ионов, п - параметр формы, равный 1 для плоских и 4тт для сферических частиц В - концентрационная константа (максимальное значение 64 С) ЯТ).

3. УСЛОВИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ СТАБИЛИЗИРУЮЩИХ БАРЬЕРОВ И УСТОЙЧИВОСТИ ПЛЕНОЧНОЙ ВЛАГИ

А. ионно-электростатический барьер: Бр^ ^ I ** ^

12ВС;ехр(-2)

(6)

^ 5р, Ws

б'о^У , 882рД2

(7а). ж/т- к, (?б)

у ВС^в ехр(-4)

2ВС^хр(-3) 7а-дренаж, 76- сушка.

Б. структурный (ПАВ)-барьер: \Укри=(.(1-а)1/3/{(1-а)1/3-1} (8)

\Укр1.2 = с(1-а)1/4/{(1-а) -1), где а=Дат/ж/Дст^. (9) В. совместно ионно- электростатический и ПАВ - барьеры:

\Укр1,2= 0,5(с+6Хр^ ±(с2+12(Хр,8)У'! (10)

-1. м \|;го:с\г; : .< п.пл

у вж/АкРь (И)

к (1"Рь'Р» -Рь^а/Р1)

I • ;"%:г • ;-, . ■ ; ,. ш-. ! ■

= р( (\У-ММВ)/(ПВ-ММВ) г^ = ЗВ ^/АП, (12)

g - ускорение силы тяжести, Ь, - высота водного столба, ПВ, ММВ - полная и максимальная молекулярная влагоемкости, ЗВ -запасы подвижной влаги, АП -активная пористость (за вычетом неподвижной влаги), г - вертикальная координата.

Рис 10 Схема взаимодействия ЭПЧ и почвенной влаги:

Табл. 2 Доверительные интервалы (Р=0,95) средних показателей дисперсности, энергии водоудерживания и границ диапазонов устойчивого равновесного состояния почвенных физических систем (оценка по ОГХ и ПГХ).

Группы почв М7г Ь'ск, мУкг Е» ДжЛсг % №) *ВРК (ММВ) (НВ)

Пески 2-20 2-10 8-24 22-28 0,01-0,02 0,05-0,01 0,1-0,2

Супеси 20-40 15-30 45-55 34-44 0,05-0,1 0,2-0,4 0,2-0,6

Подстил ки 100300 100. 400* 300400 180320

Торфа 300-Ш 400800? 13001600 9901400

Легкие суглинки 30-70 30-70 110120 41-53 0,1-0,2 0,3-0,5 0,4-0,6

Средние нтяж. СУГЛИНКИ 60-130 40-100 150170 67-81

Тяж, суглинки и глиим 130200 70-150 170200 65-85 №,3-0,4 03-0,7 0,6-0,8

-относительно Ws (Ws -предельное насыщение без ограничивающей нагрузки); - оценка по высоте капиллярного поднятия (уравнение 11).

концентрации ионов в поровом растворе и концентрации ПАВ, сорбирующихся на поверхности частиц, в частности ОВ (Рис 9, 10). В связи с этим физическое состояние почв, особенно тонкодисперсных весьма подвижно и может контролироваться столь слабыми на первый взгляд факторами. Если указанные барьеры развиты и частицы не могут коагулировать, их молекулярная адгезия реализуется преимущественно по отношению к жидкой фазе, обеспечивая значительное набухание и водоудерживающую способность почв. Заметим, что на основное для дисперсных систем условие агрегативной устойчивости Дерягина-Ландау-Фервея-Овербека (ДЛФО) в почвах накладывается дополнительное ограничение - устойчивость по отношению к капиллярным силам, гравитации и внешней нагрузке. Соответствующие кинетические критерии устойчивости даны на рис 9. Если эти силы локально нарушают устойчивость слоев влаги и в систему входит воздух, образуются отдельные агрегаты из частиц и проявляется свойство крошимости (физической спелости) почвы. При отсутствии же стабилизирующих барьеров или их подавлении (засоление, увеличение заряда катионов, удаление ПАВ) молекулярные силы реализуются преимущественно по отношению к ЭПЧ, приводя к массовой коагуляции, глыбистости структуры, снижению набухания и водоудерживающей способности. Таким образом, небольшие казалось бы изменения в составе жидкой и твердой фаз почвенной физической системы приводят к серьезным последствиям на макроуровне, что хорошо подтверждается экспериментальными материалами. Проведенные теоретические расчеты по снижению ширины ионно-электростатического барьера в бентоните при увеличении заряда обменных катионов и засолении (рис.11-А) полностью соответствуют экспериментальным ОГХ бентонита, насыщенного различными катионами и помещенного в раствор электролита (рис. 11-Б). В целом засоление снижает энергию взаимодействия жидкой и твердой фаз (ОГХ), но одновременно повышает осмотическое давление порового раствора, и соответственно полный потенциал (ПГХ) почвенной влаги, которая становится недоступным для растений (рис.11-В, образцы песка (ОАЭ) и глинистой почвы Туниса).

Для экспериментальной оценки показателей молекулярного взаимодействия (обобщенных констант Гамакера) предложен ряд способов, среди которых наиболее интересен расчет по данным о прочности агрегатов (Р) и изотермам сорбции водяного пара с применением уравнения Гриффитса для хрупких материалов (рис.11) [49]. Получаемые величины укладываются в диапазон от 10 до 10"19 Дж, что близко к приводимым в специальной литературе данным для пленок на кварце (стекле). Для оценки капиллярных сил на макроуровне предложено уравнение 11 (рис 9), в котором в качестве переменных фигурирует эффективная удельная поверхность структурных элементов, плотность почвы и с ание прочно связанной влаги. Расчет о уравнению и сопоставление с по

БИБЛИОТЕКА | СПтрбур1" | 05 >00 цт \

О 005 0,1 0.1S о

Рис 11 Влияние заряда обменных катионов (z) и засоления на термодинамическое состояние влаги в дисперсных средах (А-В); 7новые подходы к оценке молекулярных и капиллярных взаимодействий в почвах (49).

Рис. 12 Среднестатистические ОГХ (491)

А-минеральные почвы: 1-пески, 2-супеси, 3-легкие суглинки, 4-средние и тяжелые суглинки, 5- тяжелые суглинки и глины.

Б-органические иминеральные высокодисперсные пористые среды: 6- подстилки, 7-торфа, 8-№-бентониг, 9-Н бентонит (без предварительной сушки), 10-Са, М&-бентониты, 1 1-№-бентонит + 0,5н №С1.

капиллярному поднятию показал, что предложенная формула дает лучший результат по сравнению с традиционным уравнением Жюреиа (рис.11). В качестве частных случаев при фиксированной плотности упаковки и шарообразной форме частиц, формула редуцируется до известных соотношений Хайнца, Фишера, Нерпина для определения критических состояний влаги в «идеальной почве»

Из условия равновесия сил, рассчитанного по уравнениям 11,12 (рис.9) по экспериментально полученным ОГХ удаюсь физически обосновано определить почвенно-гидрологические константы (ПГК) почв различной дисперсности и генезиса (Табл.2) При этом показана условность понятия ПГК и их зависимость не только от характеристик твердой фазы (состава, дисперсности, сложения, сорбции катионов, ПАВ), но и от состава жидкой фазы (концентрации электролитов), мощности водного слоя, глубины залегания УГВ и ряда других факторов, определяющих равновесие физических сил различной природы.

Рис 13 Влияние ОВ на ОГХ грубодисперсных почв и органогенных

пористых сред

1. Дерново-подзолистые почвы долинных сосновых БЩ (Московская, Рязанская обл.) горизонты: а - Ь, б - А(сложные боры), в - АЕ, Е, В, г - С и 1°.

2. Органогенные среды: верховое Бакчарское болото, Томская обл. (а- 30см, б-ЮОсм), верховое болото, Тверская обл. (в - (0-500см)), г - низинные торфа и лиственные подстилки (Тверская, Московская, Рязанская, Тульская обл.), Д - подстилки хвойного и смешанного типа (Московская, Тульская обл.).

3. Каштановая почва (Волгоградская обл.) а -А, б - С, в-^.

4,5 Дерново-степные почвы (Волгоградская обл.) а-А, б - С, в -1°.

6.Лугово-болотнаяпочва (Харьковская обл.) а - А, б - АВ, в -1°.

7. Дерново - глееватая почва (Харьковская обл) а - А, б - Cg, в -1 °.

8. Ферралитная почва на базальте (КНР) а-А, 6-4°, аллювиальная (Якутия) в-А, г-Г.

9. Влияние СПГ: а - субстрат (кварцевый песок), б - 0,2% СНГ, в - инкубация 6 мес. при 20°С, г - инкубация 6 мес. при 30°С, д - супесчаные и легкосуглинистые дерново-подзолистые и дерново-степные почвы, гор. А.

А,Е,В,С... - генетические горизонты, 1* - прокаленные образцы.

Рис.14 Влияние OB на ОГХ почв среднего и тяжелого гранулометрического состава

1. Черноземы типичные (Липецкая обл.); АД".

2. Черноземы выщелоченные (Липецкая обл.); А, Г.

3. Черноземы слитые (Краснодарский край, Белореченск); АД".

4. Черноземы обыкновенные (Харьковская обл ),АД".

5. Черноземы типичные (Воронежская обл.); АД".

6. Черноземы типичные (Краснодарский край,Динской р-н); А, Г.

7. Серыелесные почвы (Владимирская обл.), а - А, б -1" .Дерново-подзолистые почвы (Московская обл.); в - А, АЕ, В.

8,9. Дерново-подзолистые почвы, А (опыт ТСХА). а - целина, г - 1". 8-6 -с удобрениями, 8-в - без удобрений, 9-6 - рожь бессменно, 9-в -картофель бессменно. А,АЕ,В - генетические горизонты, 1" - прокаленные образцы

Предложенная концепция проверена на обширном экспериментальном материале (ОГХ 140 песчаных и супесчаных, 80 легко-суглинистых, 70 средне-, тяжело-суглинистых и глинистых образцов минеральных почв, а также 60 образцов органогенных пористых сред (рис. 12). Пунктирными красными линиями показаны расчетные по теории величины молекулярного давления как функции от дисперсности и влажности почвы. Очевидно лишь в песках из-за низкой удельной поверхности (2-20м2/г) и суммарной энергии водоудерживания (8-24 Дж/кг), а также по причине неустойчивости слоев жидкости к действию гравитации и капиллярных сил, молекулярная адгезия не имеет существенного вклада в формирование водоудерживающей способности почв. Начиная с легких суглинков (8 = 30-70 м /г, Е = 110-120 Дж/кг), молекулярные силы становятся способными потенциально обеспечить весьма значительное набухание и водоудерживание, а капиллярные (структурные) взаимодействия и внешняя нагрузка ограничивают их действие (расчетные кривые проходят выше ОГХ). Максимальная реализация молекулярных сил наблюдается, как то и следует из теории, в системах с максимальной дисперсностью и соответственно поверхностной энергией, представленными органогенными почвами и глинистыми минералами (рис 11,12). Примечательно, что еще Маттсон (1937), а позднее Роде (1950) выявили универсальность обратной кубической зависимости между давлением набухания и влажностью в глинистых минералах. Эта эмпирическая зависимость тождественна фундаментальному уравнению 1, которое описывает действие молекулярной адгезии, обеспечивающей водоудерживающую способность и практически неограниченное набухание в почвенных коллоидах.

Рассмотренные представления позволяют по новому оценить роль ОВ в формировании физического состояния и водоудерживающей способности почв (рис. 13,14). Помимо «объемных» механизмов, связанных с повышенным водоудерживанием и набухаемостью самого ОВ, большое значение имеет действие ОВ как ПАВ, формирующего структурный энергетический барьер, особенно в тонкодисперсных почвах. Как следует из критериев устойчивости (8,9, рис.9), критические влажности, маркирующие границы барьера пропорциональны концентрации ПАВ, следовательно, его удаление будет вызывать закономерное снижение равновесных величин влажности и водоудерживающей способности почв. Это подтверждается экспериментами с определением ОГХ до и после удаления ОВ различными методами. Их обобщение показывает, что вклад ОВ в суммарную энергию водоудерживания почв очень велик и составляет в среднем 50% при относительно небольшой (2-6%) доле содержания ОВ от минеральной массы почв (рис. 15). Как показывает полученная регрессия, на 1 г органического углерода в почвах приходится около 2 Дж суммарной энергии водоудерживания.

Полученные закономерности легли в основу разработки специальных слоистых влагоаккумулятивных почвенных конструкций, применение

Рис 15 Влияние ОВ на водоудерживающую способность почв

Почвы: 1,2 -Дерново-подзолистые суглинистые пахотные (Мост^. обл.), 3 -Дерново-подзолистые, дерново-боровые, дерново-глеевые песчаные простыхсосняков (Моск.. Рязанск.,Харьковск, Оренбургск. обл, Карелия, Латаия), 4 - Аллювиальные песчаные (Якутия, Венгрия, Румыния. Эстония), 5 -Дерново-степные, каштановые песчаные, супесчаные (Волгоградск., Харьковск, Читинск, Бурятск обл., Венгрия), 6 -Дерново-подзолистые песчаные и супесчаные сложных боров и пойменных дубрав ( Моск., Рязанск., Тульск. обл.), 7 - Серые лесные суглинистые (Тульск., Владимирск. обл.), 8 - Черноземы типичные и обыкновенные малогумусные суглинистые и глинистые (Краснодарск. край, Харьковск. обл.), 9 -Черноземы типичные и слитые суглинистые (Липецк., Воронежек, Орловск., Курск, обл, Краснодарск. край), 10 - Черноземы выщелоченные суглинистые под лесам (Липецк, обл.)., 11 - Подстилки дерново-подзолистых, серыхлесных, тор фяно-болотных почв(Моск., Тульск., Рязанск. обл.). 12 -Верховые торфа (Тверск., Томск, обл.)

которых в условиях ОАЭ позволило получить 30-50% экономию поливной влаги при защите от вторичного засоления [28]. В качестве компонентов почвенных конструкций были использованы природный русский торф и сильнонабухающие полимерные гидрогели. Анализ ОГХ дал возможность выявить области оптимального содержания влаги, при котором не происходит непродуктивных потерь и вместе с тем достаточно продуктивной влаги для обеспечения затрат на эвапотранспирацию растений. Режим полива был выбран таким образом, чтобы поддерживать влажность почвы в указанных пределах. Способ слоистой закладки материалов и учет капиллярных эффектов позволил избежать вторичного засоления, что подтверждается данными о динамики электропроводности. По биомассе и содержанию хлорофилла растения на экспериментальных площадках значительно (в 1,5-3 р.) превышали таковые на контроле и участках с традиционной технологией выращивания зеленых газонов в О.А.Э.

В настоящее время приведенные выше разработки активно используются при оценке экологического состояния городских почв и подготовке программы по их оздоровлению по заданию Департамента природопользования и охраны окружающей среды при Правительстве Москвы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ (ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ)

1. Почвы - сложные динамические системы в потоках веществ, энергии и информации, являющиеся продуктом взаимодействия живых организмов с косной средой, представленной твердой, жидкой и газовой фазами. Их адекватное количественное описание требует не равновесных, кинетических подходов, основанных на современной теории динамических систем.

2. В структурно-функциональной организации почв как динамических систем наряду с внешними (экзогенными) факторами большую роль играют внутренние структурные связи «живое-косное», нелинейность которых определяет множественность квазиравновесных (стационарных) состояний, характер их устойчивости и сложное поведение систем как в окрестности подобных состояний, так и за их пределами.

3. Почва - самостоятельное естественно-историческое образование, и одновременно компонент целостной биокосной системы более высокого уровня - биогеоценоза. Ее формирование и функционирование связано с феноменом самоорганизации БГЦ, где управляющая и организующая функция принадлежит сообществу живых организмов, а созданное биоценозом плодородие почвы реализует обратную связь - главную отличительную черту самоорганизуемых объектов. Цикличность почвообразующих процессов, не замкнутость в рамках почвы как системы и подчинение принципу самоорганизации БГЦ не позволяют прогнозировать свойства почвы и их динамику только на основе изучения ее отдельных внутренних процессов и граничных условий (факторов).

4. Закономерности биогенной организации детально исследованы на практически идеальных физических объектах - лесных почвах легкого

гранулометрического состава. Их строение, структура, физические и химические факторы плодородия (дисперсность, водоудерживающая способность, водно-воздушные свойства, характеристики проницаемости, аккумуляция элементов питания и влаги) в целом детерминированы кинетикой поступления, трансформации и распределения ОВ и могут рассматриваться как результат самоорганизации лесных БГЦ.

5. Разработаны оригинальные кинетические модели функционирования и пространственно-временной организации биокосных систем в связи с процессами синтеза, деструкции и распределения в них органического вещества (ОВ). С их помощью удалось воспроизвести сложные колебательные и триггерные режимы биокосных систем, а также динамику органопрофиля почв.

6. Обобщены известные материалы и проведены новые экспериментальные исследования по кинетике поступления и трансформации ОВ в почвах лесных, болотных и степных экосистем с использованием оригинальных методических разработок. Выявлены функциональные зависимости скоростей минерализации ОВ от температуры и влажности, получены экспериментальные данные о поступлении и деструкции ОВ в зимний период, меняющие распространенные представления о длительных характерных временах трансформации и устойчивости ОВ в почвах.

7. Обобщена информация о глобальной газовой функции почвенного покрова как источника, резервуара и стока веществ, контролирующих состав и состояние атмосферы. Разработаны оригинальные методы исследования эмиссии, биогенной генерации (поглощения), межфазных взаимодействий, массопереноса, динамики содержания газов и паров в почвах, а также новые кинетические модели этих процессов. На их основе изучена динамика углеродсодержащих газов (СО2, СН4) и кислорода в автоморфных и гидроморфных почвах и пористых средах на стационарных объектах ETC и Западной Сибири. В течение вегетационного сезона генерация газов внутри почв может значительно превышать их эмиссию с поверхности вследствие аккумуляции, нисходящего и латерального транспорта, а также межфазных взаимодействий газов внутри почвы.

8.Предложен принципиально новый механизм динамики газов в обводненных пористых средах и полигонах ТБО, в котором основная роль отводится локальному массопереносу (разгрузке) газов из почвы в атмосферу по участкам среды с максимальной газопроницаемостью под действием биогенного градиента давления.

9. Разработана концепция физического состояния почвы как результата взаимодействия ее твердой, жидкой, газовой фаз и биогенной организации, проявляющейся в процессах синтеза и распада ОВ. Получены теоретические уравнения термодинамических потенциалов молекулярных, капиллярных, ионно-электростатических и гравитационных сил в почвенной физической системе в зависимости от ее дисперсности, содержания влаги, состава и концентрации порового раствора, сорбции ПАВ и обменных катионов.

Выявлена существенная роль молекулярных взаимодействий в формировании физического состояния и водоудсрживающей способности почв, что меняет традиционные воззрения в этой области, опирающиеся преимущественно на капиллярную теорию.

10. Для получения базовых термодинамических характеристик физического состояния почв с сопряженным определением функций влагопроводности, диффузивности газов, электропроводности и продуцирования диоксида углерода (минерализационного потенциала) предложено использовать экспрессные инструментальные методы - равновесное центрифугирование, газовую хроматографию и кондуктометрию. На этой основе осуществлена экспериментальная оценка физического состояния образцов почв различного генезиса и гранулометрического состава, являющихся типичными для территории Р.Ф. и ряда зарубежных стран, а также оценен вклад природных и синтетических ОВ в его формирование и поддержание.

11. Присутствие ОВ обеспечивает в среднем 50% и более интегральной энергии взаимодействия между твердой и жидкой фазами почв. Его удаление в процессах искусственной и природной дегумификации приводит к значительному ухудшению водоудерживающей способности и физического состояния почв.

12. Концепция и методы оценки физического состояния почв успешно использованы при проектировании и создании слоистых влагоаккумулирующих конструкций, применение которых в городских условиях О.А.Э. позволило достичь 30-50% экономии поливной влаги и снять угрозу вторичного засоления при выращивании зеленых насаждений.

13. Работа способствовала развитию нового биогеофизического направления, рассматривающего процессы организации биокосных систем и их менеджмента, с позиций современных достижений точных наук

Содержание диссертации отражено в следующих основных работах:

Монографии, учебно-методические пособия:

1. СмагинА.В. Газовая фаза почв. М.М1У.1999,200с.

2. Смагин А.В., Садовникова Н.Б., Хайдапова Д.Д, Шевченко ЕМ. Экологическая оценка биофизического состояния почв. М. МГУ. 1999,48с.

3. Смагин Л.В., Садовникова Н Б., Смагина М.В., Глаголев М.В., и др. Моделирование динамики органического вещества почв. М. МГУ. 2001,120с.

4. Динамика растительного вещества и современные почвенные процессы в травянистых экосистемах. Пущино. 1991,236с.

5. Лабораторные методы исследования физических свойств почв. М. ГЕОС. 2000,55с

6. Полевые и лабораторные методы исследования физических свойств и режимов почв. М.МГУ, 2001,200с

Научные статьи в периодических изданиях, коллективных монографиях, методических сборниках, тезисы докладов научных конференций и симпозиумов:

7. Смагин А В. Почва как результат самоорганизации биогеоценоза. //ДЛИ СССР, 1989, Т. 308, №3,С.729-731.

8. Смагин А.В., Быстрицкая Т«П. Самоорганизация БГЦ и формирование почвы. // Экологическая кооперация. Братислава, 1989 ,№3. С.48-50

9. Ковда В.А., Смагин А.В., Быстрицкая Т.Л. Роль сезонной динамики органического вещества в самоорганизации степных биогеоценозов. //ДАН СССР, 1989, Т308, №2. С.461 -463.

10. Ильинская С.Л., Смагин А.В. Роль почвы в экогенезе долинных сосновых лесов Подмосковья. //Лесоведение, 1989,№5. С. 13-22.

11. Быстрицкая ТЛ., Смагин А.В. Воспроизводство гумусово- аккумулятивного процесса в целинных и пахотных черноземах. // Докл. 8 Всссоюзп. съезда почвоведов. Новосибирск, 1989. Т4.С.41.

12. Смагин А.В., Смирнов Г.В. Использование газохроматографического метода для определения изотерм сорбции паров воды почвой. // Почвоведение, 1991, №9. С.155-158.

13. Смагин А.В., Савельев А.А., Смагина МЛ. Организация песчаных почв сосновых БГЦ (уровень системы почвенных горизонтов) //Почвоведение, 1992, №9. С.120-130.

14. Смагин А.В. Биофизические аспекты структурообразования песчаных лесных почв, //в сб. « Физика почв и проблемы экологии». Пущино, 1992.С. 97-99.

15. Смагин А.В. Смирнов ГМ. Газохрочатографический метод определения удельной поверхности в почвах. // в сб.« Физика почв и проблемы экологии». Пущино, 1992. С. 99-101.

16. Смагин А В. Агрегатный уровень организации песчаных почв сосновых БГЦ // Почвоведение, 1993, №6. С. 16-23.

17. Смагин А.В. Садовникова Н.Б. Влияние силыюнабухающих полимерных гидрогелей на водоудерживающую способность легких почв// Почвоведение, 1994, №11.С.50-55.

18. Смагин А.В. Методика оценки агрегатной структуры песчаных почв // в сб. «Физические и химические методы исследования почв». М.МГУ, 1994. С.41 -46.

19. Смагин А.В. Смирнов Г.В. Применение газовой хроматографии для определения изотерм сорбции паров воды и удельной поверхности в почвах // в сб. «Физические и химические методы исследования почв». М.МГУ, 1994. С.23-32.

20. СмагииА.В. К теории устойчивости почв.//Почвоведение, 1994,№12.С.26-33.

21. Смагин А.В. Смирнов Г.В. Методы определения эффективного коэффициента диффузии СО2 в почве. // Вестн Моск. Ун-та. 1996. Сер. 17, почвоведение. №2.С.З-10

22. Смагин А.В. Биогеоценологичсское направление в почвоведении // Почвоведение, 1996, №З.С.298-309.

23. Смагин АВ Развитие биофизического направления в почвоведении // Докл. II Съезд почвоведов России. Санкт-Петербург, 1996. T.I C.113.

24. Смагин А.В. Анализ поведения углекислого газа в почве // Вестн. Моск. Ун-та. 1998. Сер. 17, почвоведение. №4. С.28-35.

25. Смагин А.В. Линейный анализ неустойчивости фронта впитывания как причины преимущественных потоков в однородной пористой среде // в сб. «Лизиметрические исследования почв». М. МГУ, 1998. С. 176-181.

26. Смагин А.В., Садовникова Н.Б., Мизури Маауиа Бен-Али. Определение основной гидрофизической характеристики почв методом центрифугирования // Почвоведагис, 1998, №11. С. 1362-1370.

27. Смагин А.В. Режимы функционирования динамических бнокосньк систем // Почвоведение, 1999. №12.С. 1433-1447.

28. Смагин А.В., Губер А.К., Шеин Е.В., Myirap Гайз. Разработка почвенных конструкций и режимов орошения озеленяемых городских ландшафтов в условиях аридного климата // в сб. «Деградация почв и опустынивание» М. МГУ. 1999. С. 470-482.

29. Смагин А.В. Экспериментальное определение эффективных коэффициентов диффузии газов в торфах // в' сб. «Физико-химические и экологические проблемы наукоемких технологий добычи и переработки органогенных материалов». Тверь. 1999. С.85-89.

30. Смагин А В., Смагина М.В., Глухова Т.В. Потоки, генерирование и эмиссия парниковых газов заболоченными почвами // в сб. «Болота и заболоченные леса в свете задач устойчивого управления природопользованием» М ГЕОС. 1999. С. 230-233.

31. Смагина М.В., Смагин А.В. Экспериментальная оценка кинетики формирования лесной подстилки в осушенном сосняке низинного типа заболачивания // в сб. «Болота и заболоченные леса в свете задач устойчивого управления природопользованием» М.ГЕОС. 1999. С.140-142.

32. Glagolev M.V., Belova S.E., Smagin A.V., Golyshcv S.A., Tarasov A.L. Bubble's mechanism of gas transfer in the wetland soil // In: Proceedings of the Eighth Symposium on the Joint Siberian Permafrost Studies between Japan and Russia in 1999. - Tsukuba: Isebu. - p. 143-149.

33. Смагин А.В. Газовая функция почв //Почвоведение, 2000, №10. С. 1211-1223.

34. Смагин АВ., Смагина М.В., Вомперский С.Э., Глухова Т.В Особенности генерирования и выделения парниковых газов в болотах. // Почвоведение, 2000, №9. С. 1097-1105.

35. Смагин АВ. Количественная оценка показателей круговорота углерода по форме органопрофиля почвы // в сб. «Круговорот биогенных веществ и плодородие почв в адаптивно-ландшафтном земледелии России». М. РЛСХП-ВНИПТИХИМ., 2000 С.83-87.

36. Смагин А В. Экологическая газовая функция почв// Докл. III Съезда почвоведов России. Суздаль, Кн. 1,2000. С. 82.

37. Глаголев М.В., Смагин А.В. Базовая математическая модель пространственно-временной динамики нелинейных биокосных систем: анализ потенциальных режимов и численные методы их реализации. // Докл. Ш Съезда почвоведов России. Суздаль, Кн.1, 2000. С.96-97.

38. Glagolev M., Uchiyama П., Lebedcv V., Utsumi M, Smagin Л., Glagoleva О., Erohin V., Olenev P., Nozhevnikova A. 2000. Oxidation and Plant-Mediated Transport of Methane in West Siberian Bog. // In: Proceedings ofthe Eighth Symposium on the Joint Siberian Permafrost Studies between Japan and Russia in 1999. - Tsukuba: Isebu. - p. 143-149.

39. Смагин АВ. Распределенные кинетические модели органопрофиля почв. // Вести. Моск. Унта. 2001. Сер. 17, почвоведение. №3. С. 3-7.

40. Смагин АВ. Значение процессов массопереноса и межфазных взаимодействий парниковых газов при определении их продуцирования в почвах // Тр. Нац. конф с межд. участ. «Эмиссия и сток парниковых газов на территории Северной Евразии». Пущино, 2000. С. 51 -52.

41. Шевченко Е.М., Смагин Л.В. Кинетика сорбции углекислого газа поверхностью модельных пористых сред. // Тр. Нац. конф с межд. участ. «Эмиссия и сток парниковых газов на территории северной Евразии». Пущино, 2000. С. 122-123.

42. Глаголев М.В., Лебедев B.C., Смагин АВ., и др. Окисление метана в болотах Западной Сибири (на примере Большого Васюганского Болота) // Тр. Нац. конф с межд. участ. «Эмиссия и сток парниковых газов на территории северной Евразии». Пущино, 2000. С. 84-85.

43. Smagin A.V. Organic carbon dynamics in soils. // Int. Symp. «Functions ofsoils in the geospherc-biosphere systems». MSU, 2001. P.173-174.

44. Smagin A.V. Problems ofquantitative estimation of soil's gas function. // Int. Symp. «Functions of soils in the geosphere-biosphere systems». MSU, 2001. P. 174-175.

45. Смагин A.B., Глаголев М.В. Стратегия оптимизации газовой функции болотных экосистеч. // в сб. Почва как связующее звено функционирования природных и антропогенно-преобразованных экосистем. ИГУ. Иркутск. 2001. С. 188-190.

46. Glagolev M.V., Smagin A.V., Lebedcv V.S, Shnyrev N.A, Nozhevnikova AN. Generarion, mass-transfer and transformation of methane in pealland (on example of Bacharskoe wetland) // WSPCC 2001, International Field Symposium West Siberian Peatlands and Carbon Cycle: past and present. Noyabrsk, Russia. С 79-81.

47. Смагин АВ. Триггерные режимы функционирования и устойчивость динамических биокосных систем. // Тез. конф. «Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям» М. Почв, ин-т РАСХН, 2002.С.78.

48. Смагин АВ., Смагин А.В., Хайдапова Д.Д., Карева О.В., Лазарчик В.М., Лазарчик В.Е. Влияние агрикультурных и гидромелиоративных мероприятий на физическое состояние и продуктивность дерново-подзолистых пахотных почв УОПЭЦМГУ «Чашниково» // Тр. Всерос. науч.-практ. конф. «Гидроморфные почвы - генезис, мелиорация, использование. М. МГУ, 2002. С. 90.

49. Смагин АВ. Теория и методы оценки физического состояния почв. // Почвоведение. 2003 №З.С.328-341.

50. Смагин А.В Новые представления о динамике газов в гидроморфных биокосных системах // Тр. 2 Межд конф «Эмиссия и сток парниковых газов на территории северной Евразии». Пущино, 2003. С. 108-109.

51. Смагин АВ., Глаголев MB., Суворов Г.Г., Шнырев П.Л. Методы исследования потоков газов и состава почвенного воздуха в полевых условиях с использованием портативного газоанализатора ПГА-7 // Всстн. Моск. Ун-та. 2003. Сер. 17, почвоведение. №3. С. 30-37.

52. Смагин АВ., Садовникова И.Б., Назарова Т.В., Кирюшова А.Б., Машика А.В., Еремина AM. Влияние органического вещества на водоудерживающую способность почв // Почвоведение, 2004 №2 (в печати).

P-63U

Содержание диссертации, доктора биологических наук, Смагин, Андрей Валентинович

ВВЕДЕНИЕ.

1. КОНЦЕПТУАЛЬНО-МЕТОДОЛОГИЧЕСКАЯ БАЗА, ОБЪЕКТЫ И

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1.Понятие, структура и специфика динамических биокосных систем; биогеофизическое направление: предмет, задачи, исторические основы.

1.2. Принципы количественного описания физических систем.

1.2.1. Показатели состояния и динамики биокосных систем; термодинамический и кинетический подходы к их описанию.

1.2.2. Базовая кинетическая модель, устойчивость и потенциальные режимы функционирования динамических биокосных систем.

1.3. Характеристика объектов и методов исследования.

1.3.1.Стационарные и мониторинговые полевые объекты исследования.

1.3.2. Лабораторные объекты исследования.

1.3.3. Методы исследования и методические разработки.

2. ДИНАМИКА ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА И ПРОЦЕССЫ

ОРГАНИЗАЦИИ В БИОКОСНЫХ СИСТЕМАХ.

2.1. Значение органического вещества в структурно-функциональной организации почв.

2.2 .Исследование биогенной организации почв долинных сосновых БГЦ.

2.3. Экспериментальные исследования поступления и трансформации органического вещества в биокосных системах.

2.3.1. Количественные показатели и методические аспекты изучения трансформации почвенного органического вещества.

2.3.2. Экспериментальные исследования трансформации органического вещества в лесных, степных и болотных экосистемах.

2.4. Моделирование динамики органического вещества и структурнофункциональной организации биокосных систем.

2.4.1 Линейные кинетические модели, стационарные (квазиравновссныс) режимы функционирования и внешняя организация динамических биокосных систем.

2.4.3. Нелинейные кинетические модели, триггерные и колебательные режимы функционирования, самоорганизация динамических биокосных систем.

3. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ГАЗОВАЯ ФУНКЦИЯ ПОЧВ.

3.1. Глобальная роль почв в регуляции состава и состояния атмосферы и ее количественное изучение (аналитический обзор проблемы ).

3.2. Инструментальные методы исследования газовой фазы почв.

3.2.1. Анализ содержания макрокомпонентов почвенного воздуха с помощью портативного газоанализатора ПГА-7.

3.2.2.Определение дыхания почвы методом закрытых камер с помощью портативного газоанализатора ПГА-7.

3.2.3. Лабораторный метод определения эффективного коэффициента диффузии газов в почве.

3.2.4. Полевой метод определения эффективного коэффициента диффузии газов в почве.

3.2.5. Методы оценки генерирования (поглощения) газов почвой в закрытых сосудах.

3.3. Физическое состояние и динамика газообразных веществ в почвах как биокосных трехфазных системах.

3.3.1. Основные показатели состояния газовой фазы почв.

3.3.2. Абиогенные источники и стоки газообразных веществ, модели межфазных взаимодействий в почвах.

3.3.3. Биогенные источники и стоки газообразных веществ, связь газовой функции с динамикой органического вещества почв.

3.3.4. Распределение, физические механизмы и модели массопсрсноса газов и паров в почвах.

3.3.5. Кинетические модели динамики макро и микрокомпоиентов газовой фазы почв.

3.4. Экспериментальные исследования и моделирование газовой функции почв как динамических биокосных систем.

4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ, КРИТЕРИИ И МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ФИЗИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВ КАК ДИНАМИЧЕСКИХ БИОКОСНЫХ СИСТЕМ.

4.1. Понятие, количественные показатели физического состояния почв и методические подходы к его изучению.

4.2. Инструментальные методы оценки физического состояния почв.

4.2.1. Газохроматографичсский метод определения изотерм сорбции и эффективной удельной поверхности в почвах.

4.2.2. Метод равновесного центрифугирования для определения основной гидрофизической характеристики и функции влагопроводности почв.310.

4.3. Современная термодинамическая концепция физического состояния почв. .321.

4.4. Теоретический анализ межфазных взаимодействий, роль энергетических барьеров и сил молекулярной природы в формировании структургл и водоудерживающей способности почв.345.

4.5. Экспериментальные исследования роли органического вещества в формировании и поддержании физического состояния и водоудерживающей способности почв.370.

4.5.1. Исследование воздействия органического вещества на структурную организацию лесных почв легкого гранулометрического состава.

4.5.2. Исследование воздействия органического вещества на водоудерживающую способность почв.

4.6. Разработка почвенных конструкций озеленяемых городских территорий (на примере эмирата Дубай ).

Введение Диссертация по биологии, на тему "Структурно-функциональная организация почв как динамических биокосных систем"

На пороге нового тысячелетия человечество столкнулось с серьезными экологическими проблемами, ставящими под угрозу не только его благополучие, но и существование в целом. Надвигающийся экологический кризис Планеты не имеет социальных или национальных границ, и все страны, независимо от уровня их развития, в равной мере подвержены его воздействию. Предотвратить катастрофу можно лишь при соблюдении двух основных условий. Во-первых, необходимо коренное изменение человеческого мировоззрения - от потребительского, разрушительного по отношению к Природе, к творческому, созидательному. Во-вторых, это созидательное творчество должно опираться на знание строгих, подчас весьма сложных законов природной организации. Нужно уметь четко прогнозировать возможные последствия воздействий на окружающую Среду, даже если оно предпринимается с самыми благими намерениями. А для этого надо в свою очередь знать связи между природными компонентами, формирующие единое целое — биокосные системы, организованные не менее, а по логике - даже более сложно, чем биологические объекты. Ведь в них наряду с комплексом взаимодействий, присущих собственно живым организмам, возникает еще одна группа связей «живое-косное», и именно она во многом определяет устойчивость, продуктивность, функционирование и динамику подобных систем.

Мощный импульс, заложенный трудами крупнейших русских ученых-естествоиспытателей - В.В. Докучаева, В.И. Вернадского, В.Н. Сукачева, Л.А. Роде в начале становления экологии и почвоведения как наук о биокосных системах, предопределил специфику их развития на современном этапе. Это в первую очередь переход от описательного, качественного, к структурно-функциональному, количественному уровню исследований, направленных на раскрытие природных механизмов организации почв и биогеоценозов как сложных биокосных систем, с целью научно-обоснованного управления их свойствами и экологическими функциями. В современном почвоведении накоплен значительный материал в данной области исследований в ходе развития отдельных отраслей - генезиса, физики и мелиорации, химии, биологии почв; созданы и активно используются математические модели почвенных процессов и функций. Фундаментальный исследовательский вклад в нашей стране принадлежит творческим коллективам Санкт-Петербургского Агрофизического института, Почвенного института им В.В. Докучаева в Москве, Института физико-химических и биологических проблем почвоведения в Пущи но и Московского Государственного Университета им. М.В. Ломоносова, где особенно выделяется школа академика Г.В. Добровольского по изучению структурно-функциональной роли почв в биосфере. В перспективе можно ожидать генерализацию полученного знания на единой методологической основе - общей теории динамических систем и развитие самостоятельного биогеофизического направления, предметом которого будут динамические биокосные системы и процессы их организации. [Хильми, 64, Смагип, 96].

В связи с вышеизложенным, актуальность данного исследования проявляется в двух аспектах: в теоретическом, поскольку оно способствует развитию биогеофизики, как науки о физических свойствах и процессах организации биокоспых систем Земли, и в прикладном, так как от успехов развития этой дисциплины в свою очередь зависит возможность научно обоснованного менеджмента почв и решения важнейших экологических проблем современности.

2. Исследовать процессы организации биокосных систем в связи с динамикой их органического вещества.

3. Исследовать экологическую газовую функцию почв.

4. Разработать теоретические основы и методы оценки физического состояния почв и его динамики.

Работа базируется на большом фактическом материале, полученном в ходе стационарных, экспедиционных и лабораторных исследований автора и его коллег за период с 1985 по 2003 гг. Основные полевые исследования проводились на стационарных и мониторинговых объектах ф-та почвоведения МГУ (УОПЭЦ МГУ «Чашниково»), ип-та Лесоведения РАН (о. Лохин, Московской обл.), Института Почвоведения и Агрохимии СО РАН (ст. «Плотниково», Томская обл.), станции озеленения муниципалитета Дубай (О.А.Э.), НИиПИ Экологии Города (ЗАО г. Москвы). Дополнительно в соавторстве использовались материалы стационарных исследований на объектах ин-та Лесоведения РАН (Западнодвинский ст. Тверская обл.) и ин-та Физико-химических и Биологических проблем Почвоведения РАН (зап. «Каменные могилы», Приазовье). Часть материала была собрана в ходе экспедиционных исследований и полевых практик ф-та почвоведения МГУ, ин-та Лесоведения РАН и НИиПИ Экологии Города, охвативших основные природные зоны бывшего СССР с разнообразными (лесными, степными, долинными, пустынными, болотными, сельскохозяйственными, городскими) ландшафтами. В лабораторных экспериментах, которые проводились па базе кафедры физики и мелиорации почв ф-та почвоведения МГУ, УОПЭЦ МГУ «Чашниково», .ип-та Лесоведения РАН и ряда других организаций, были исследованы образцы более чем 20 типов и подтипов почв, распространенных в Р.Ф., странах ближнего (Украина, Эстония, Латвия, Киргизия, Казахстан, Узбекистан, Туркмения) и дальнего (Польша, Румыния, Венгрия, КНР, О.А.Э., Тунис) зарубежья. Среди исследованных образцов - подзолистые, дерново-подзолистые, серые и бурые лесные, черноземные, дерново-боровые, дерново-степные, каштановые, пустынные, аллювиальные, болотные, городские почвы, кварцевые, полиминеральпые, карбонатные пески, торфа разных типов, лесные подстилки, глинистые минералы, коллоиды и ряд других объектов, свойственных перечисленным выше природным и антропогенным ландшафтам.

Стержнем всего исследования являлась идея о биогенной организации почв, проявляющейся в направленном воздействии живых организмов на косные (твердые, жидкие и газообразные) компоненты окружающей среды с целью их упорядочения и оптимизации исходно неблагоприятных для роста, развития и воспроизводства организмов условий обитания [Смагин,89,93,96]. Аккумулированные при таком воздействии в почвах вещество, энергия и информация в свою очередь определяют развитие живых организмов, реализуя обратную связь в биокосных системах - главную отличительную черту самоорганизующихся единств. Эта обратная связь проявляется в виде экологических функций почв, включая основную из них - почвенное плодородие. Мощным фактором внешнего по отношению к биокосным системам биогенного воздействия служит антропогенная деятельность, которая может носить как творческий, созидательный, так и разрушительный характер, если осуществляется вопреки закономерностям природной организации. Наряду с биогенными процессами, структурно-функциональную организацию почв как динамических биокосных систем определяют внутренние и внешние абиогенные факторы и условия их существования - потоки веществ и энергии, межфазные физико-химические взаимодействия, химические реакции, физические процессы и поля. Метод математического моделирования позволяет объединить перечисленные выше впешиие и внутренние, абиогенные и биогенные факторы в единое целое в виде моделей динамических биокосных систем с соответствующими условиями на границах и проводить анализ устойчивости, режимов функционирования и реакции систем, осуществлять поиск оптимальных путей управления такими системами на базе полученных моделей их структурно-функциональной организации.

Однако, без должного информационного обеспечения, математическая модель остается абстрактной формой, поэтому первоочередной задачей исследования стояла разработка инструментальных биофизических методов изучения свойств и процессов в почвах, и экспериментального получения информации, требующейся для моделирования почв как динамических биокоспых систем. В результате было предложено около 20 оригинальных методических разработок на базе газовой хроматографии, ИФК -спектроскопии, кондуктометрии и равновесного центрифугирования [Смагип,92,94,98,99, 2000, 2003, Смагип, Смирнов, 91,92,94,96, Смагин, Садовникова и др.,98,99, Смагин, Глаголев и др., 2003, Шевченко, Смагин, 2000, Лабораторные методы .2000, Полевые и лабораторные.2001]. Новым шагом в работе явилось использование современных компьютерных средств численного моделирования, в частности, среды МАТЬАВ для решения сложных дифференциальных уравнений, составляющих структуру моделей динамических систем [Глаголев, Смагин,2000, Смагин, Садовникова и др.,2001].

Поскольку основным материальным носителем биогенной организации почв является органическое вещество (ОВ), значительная часть исследования была посвящена экспериментальному изучению динамики ОВ в биокосных системах и моделированию этого явления (глава 2). Стационарные исследования биогенной организации проводились на практически идеальных физических объектах - почвах легкого гранулометрического состава долинных сосновых экосистем [Ильинская, Смагип, 89,

Смагин,92, 93, 94, Смагии и др.,92]. Показано, что формирование структуры, водоудерживающей способности, запасов питательных элементов в таких почвах является детерминированным результатом самоорганизации биогеоценозов (БГЦ), направленной на оптимизацию исходно неблагоприятных для развития растений свойств песчаной материнской породы. Самоорганизация осуществляется посредством регулирования скоростей поступления и трансформации ОВ в биокосных системах.

Экспериментальные исследования кинетики поступления и трансформации ОВ осуществлены в полевых и лабораторных условиях для типичных почв лесных, болотных и степных экосистем [Ильинская, Смагин, 89, Ковда, Смагин, Быстрицкая, 89, Быстрицкая, Смагин, 89, Смагин и др., 92, Смагипа, Смагин, 99, Смагин, Смагииа и др., 99, 2000, Смагин и др.,2001]. На основе оригинальных методик получены данные о величинах ежегодного депонировании органического углерода, зависимостях скоростей деструкции от гидротермических факторов и состава растительного опада, закономерностях сезонной динамики ОВ. В частности, выявлен значительный (до 30% от общегодовых величин) вклад холодного (зимнего) периода в поступление, деструкцию и гумификацию растительных остатков в почвах.

Полученная экспериментальная информация легла в основу разработки оригинальных кинетических моделей динамики органического вещества почв и пространствсппо-временной организации биокоспых систем [Смагип, 89, 94, 99, 2000, 2001, 2002, Смагин и др.,92,.2001, Глаголев, Смагин, 2000, Бтацт, 2001,]. С их помощью впервые удалось воспроизвести сложные триггерные и колебательные режимы функционирования динамических биокосных систем, оцепить их устойчивость, а также пространственно-временную динамику оргапопрофиля почв в природных условиях и при антропогенной нагрузке. При этом в отличие от большинства традиционных для почвоведения исследований, основное внимание уделялось не внешним (экзогенным), а внутренним факторам организации, присущим почвам как динамическим биокосным единствам, и определяющим их устойчивое функционирование в данных условиях окружающей среды.

В следующем разделе (глава 3) подробно охарактеризована одна из наиболее важных экологических функций почв как динамических биокоспых систем - газовая функция по отношению к атмосфере. В предварительном аналитическом обзоре проблемы, по-видимому, впервые в отечественном почвоведении обобщена современная информация о глобальной газовой функции почвенного покрова как источника, резервуара и стока веществ, контролирующих состав и состояние атмосферы [Смагин, 99, 2000]. В экспериментальных исследованиях последовательно были охарактеризованы па количественном уровне основные физические факторы, контролирующие состояние и динамику газовой фазы почв - абиогенные и биогенные внутрипочвенные процессы поглощения и выделения газообразных веществ, их конвективный и диффузионный транспорт, потоки на границе с атмосферой (эмиссия и поглощение поверхностью почвы) [Смагип, 92, 93, 98, 99, 2000, 2003, Смагии, Смирнов, 91, 96, Смагин, Смагина и др., 99,2000, Шевченко, Смагип, 2000, Зтацш, 2001, Глаголев и др., 2000, в^оку е1 а1„ 99, 2000, 2001]. Результатом этих исследований явилась разработка оригинальных кинетических моделей пространственно-временной динамики макро и микрокомпонентов газовой фазы почв [Смагип, 98, 99, Смагин, Глаголев, 2001, Зтадт, 2001]. На их основе впервые удалось показать, что гросс-продуцирование парниковых газов всем объемом почвы может значительно превышать синхронную эмиссию с поверхности благодаря процессам аккумуляции, транспорта, биогенного поглощения и межфазных взаимодействий в почвах как динамических биокосных системах. Без учета этих процессов оценка газовой функции по эмиссии с поверхности (почвенному дыханию) будет ошибочной, а эмпирический поиск зависимостей между эмиссией и климатическими факторами не приведет к сколь либо закономерным прогнозируемым результатам. Предложен принципиально новый механизм динамики газов в обводненных пористых средах и полигонах ТБО, в котором основная роль отводится локальному массоперспосу (разгрузке) газов из почвы в атмосферу по участкам среды с максимальной газопроницаемостью под действием биогенного градиента давления [Смагин, 2003].

В заключительной главе исследуется проблема описания физического состояния почв и его динамики, актуальность которой определяется ролью физических свойств и процессов в почвах в формировании их плодородия и других экологических функций. Впервые предложено рассматривать физическое состояние биокосных систем как продукт взаимодействия твердой, жидкой и газовой фаз и биогенной организации, проявляющейся в процессах синтеза и распада ОВ. Даны теоретический анализ сил и факторов, контролирующих межфазные взаимодействия и устойчивость состояний почвенных физических систем, а также их количественная характеристика на базе оригинальных инструментальных методов [Смагин, 2003, Смагин, Садовникова и др. 99]. Выявлена существенная роль молекулярных взаимодействий в формировании физического состояния и водоудерживающей способности почв, что меняет традиционные воззрения в этой области, опирающиеся па капиллярную теорию. Предложен новый подход к оценке почвенно-гидрологических констант по ОГХ с использованием теоретического анализа равновесия сил в трехфазной физической системе [Смагин, 2003,]. Показана условность понятия гидрологических констант и их динамичность в зависимости от дисперсности, ионно-электростатического и структурного (ПАВ) барьеров, обеспечивающих устойчивость ЭПЧ к агрегации, а также пленочной влаги к действию капиллярных и гравитационных сил. Дана количественная оценка фактора биогенной организации в формировании физического состояния и водоудерживающей способность почв па основе зависимостей основной гидрофизической характеристики от содержания природных (гумус, детрит) и синтетических (гидрогели) биополимеров [Смагин, 93, 96, 2003, Смагин, Садовпикова, 94, Смагин, Хайдапова и др.,2002, Смагип и др.,2003, 2004]. Теория и методы оценки физического состояния почв положены в основу разработки оригинальных слоистых влагоаккумулирующих конструкций типа «сэндвич», применение которых в городских условиях О.А.Э. позволило достичь 30-50% экономии поливной влаги и снять угрозу вторичного засоления при выращивании зеленых насаждений [Смагип, Губер и др.,99, Смагин, Садовникова и др. 99].

В целом, научная новизна исследования состояла в разработке концептуально-методическая базы нового биогеофизического направления в почвоведении, предметом которого являются физические закономерности организации и функционирования почв как динамических биокосных систем [Смагин, 96, 99, 2003]. Впервые па основе оригинальных кинетических моделей и методов исследования удалось изучить физические механизмы и количественные закономерности устойчивости и самоорганизации динамических биокосных систем, нелинейных триггерных и колебательных режимов их функционирования, пространственно-временной динамики органопрофиля, формирования экологической газовой функции, физического состояния и водоудерживающей способности типичных почв лесных, степных, болотных, сельскохозяйственных и городских ландшафтов. Выявлено значение органического вещества почв в их структурно-функциональной организации. Впервые на количественном уровне показана роль молекулярных взаимодействий и энергетических барьеров между физическими фазами почв в формировании их структурного состояния и водоудерживающей способности. Разработаны и адаптированы применительно к почвам новые инструментальные методы биофизического анализа на основе газовой хроматографии, ИФК-спектроскопии, кондуктометр и и и равновесного центрифугирования.

Практическая значимость:

Полученные экспериментальные материалы, методические разработки и теоретические обобщения широко используются в образовательном процессе на ф-те почвоведения МГУ и Экологическом ф-те Православного Университета. В частности, на основе выполненных исследований автором подготовлены учебные лекционные курсы «Газовая фаза почв», «Биогеофизика», «Почвоведение с основами экологии», цикл лекций по коммерческим курсам «Ландшафтный дизайн с основами почвенного конструирования». Большая часть разработанных методик используется во время летней полевой практики по физике почв под руководством автора в УОПЭЦМГУ «Чашниково», в лабораторных практикумах ф-та почвоведения МГУ по курсам «Физика почв», «Массоперенос в почвах», в экспериментальных работах студентов, аспирантов и стажеров ф-та почвоведения МГУ. Материалы исследования вошли в отчеты НИР ф-та почвоведения МГУ, УОПЭЦМГУ «Чашниково», институтов почвоведения МГУ-РАН, Лесоведения РАН, Микробиологии РАН, НИиПИ Экологии Города, грантов РФФИ, ФЦП «Интеграция», «Университеты России» по изучению функционирования почв и их менеджменту в природных и антропогенных экосистемах. Теоретические положения и методики исследования могут найти широкое применение при решении экологических проблем деградации почв и их физического состояния, устойчивости природных экосистем, загрязнения атмосферы и парникового эффекта, почвенного менеджмента и конструирования. Так на основе предложенных теории и методов оценки физического состояния почвы были разработаны оригинальные слоистые почвенные конструкции, позволившие в условиях экстрааридного климата Объединенных Арабских Эмиратов осуществить 30-50% экономию поливной влаги и предотвратить вторичное засоление при выращивании зеленых газонов. В настоящее время результаты исследования активно используются при подготовке Программы оздоровления городских почв и соответствующей нормативно-правовой базы по заданию Департамента природопользования и охраны окружающей среды при Правительстве Москвы.

Защищаемые положения:

1. Кинетический подход к количественному описанию почв как динамических биокосных систем, математические модели и результаты моделирования пространственно-временной организации и функционирования динамических биокосных систем и их компонентов.

2. Значение внутренних нелинейных взаимодействий в формировании устойчивости динамики и реакции динамических биокосных систем на внешние воздействия.

3. Формирование структуры, водоудерживающей способности и плодородия песчаных лесных почв как результата самоорганизации долинных сосновых биогеоценозов.

4. Экологическая газовая функция почв. Значение внутренних биофизических механизмов генерирования, аккумуляции, транспорта, межфазных взаимодействий газообразных веществ в определении газовой функции почв различных экосистем.

5. Пульсациоипый механизм динамики газов в гидроморфных биокосных системах, роль локального конвективного транспорта в эмиссии газов.

6. Теоретические основы, критерии и методы оценки физического состояния почв. Значение ОВ и молекулярных межфазных взаимодействий в формировании водоудерживающей способности и физического состояния почв.

Личный вклад автора: Теоретические положения, математические модели и их аналитические решения, основная часть методов исследования разработаны лично автором. Численные расчеты по моделям с использованием современных компьютерных программ были осуществлены автором при помощи профессиональных программистов. Большая часть экспериментального материала получена автором или под его руководством в коллективных лабораторных, экспедиционных и стационарных исследованиях кафедры физики и мелиорации почв ф-та почвоведения МГУ, УОПЭЦ МГУ «Чашниково», институтов Лесоведения РАН, Микробиологии РАН, ИпиПИ Экологии Города и ряда других организаций. Подавляющее большинство публикаций, обобщающих результаты исследований, подготовлено и написано лично автором, в том числе издания МГУ [Газовая фаза почв, 99, Экологическая оценка.,99, Моделирование динамики.,2001], крупные работы в периодических изданиях [Смагин, 94, 96, 99,2000,2003 ], методические работы и главы методических пособий [Смагин, Смирнов, 91,92,94, Смагин и др,98, Лабораторные методы.,2000, Полевые и лабораторные.2001]. Участие сторонних специалистов в экспериментах и обработке результатов оговорено в соответствующих разделах и отражено в виде соавторства в научных публикациях по той или иной части работы. Помимо того в исследовании широко использовались с соответствующей ссылкой опубликованные в отечественных и зарубежных источниках материалы.

Апробация работы, достижения и публикации:

Основные положения и результаты исследования были представлены, доложены и обсуждены на более чем 30 научных совещаниях, симпозиумах, конференциях отечественного и международного уровня, среди которых - Всесоюзный и Всероссийские Съезды почвоведов (Новосибирск, 89, Санкт-Петербург, 96, Суздаль, 2000), конференция стран Содружества «Физика почв и проблемы экологии», Пущино, 92, теоретический семинар по проблемам почвоведения, МГУ, 97, Ломоносовские чтения, МГУ 98, международная конференция «Деградация почв и опустынивание», МГУ, 99, конференция с международным участием «Эмиссия и сток парниковых газов на территории Сев.

Евразии», Пущипо, 2000, научные чтения памяти А.Д. Воронина, МГУ, 2001, 11 школа «Экология и почвы», Пущино, 2002, научно-практическая конференция «Экологическое сопровождение инвестиционной деятельности - 3koREAL 2002», Москва, 2002.

Исследования неоднократно поддерживались грантами РФФИ (98-99, 99-2002, 20022003) и получили высокую оценку на академическом уровне в виде премий и золотых медалей Европейской академии (1997, за цикл «Биофизическая организация почв легкого гранулометрического состава) и РАН (2000, за цикл «Структурно-функциональная организация почвенных биофизических систем»).

По теме диссертации опубликовано более 60 работ; включая 6 монографий и учебно-методических пособий и 30 научных статей в отечественных и зарубежных изданиях. Благодарности:

Автор с горячей любовью и глубокой благодарностью вспоминает своих безвременно ушедших родителей и учителей в жизни и науке: С.А. Ильинскую, В.Н. Смагипа, В.Н. Виппер, А.Д. Воронина, Г.В. Смирнова, Е.А. Дмитриева, без которых он не состоялся бы ни как ученый, пи как человек. Глубокую благодарность автор приносит своим родным и близким: Н.Б. Садовниковой, М.В Смагиной, T.J1. Быстрицкой за неизменную помощь и поддержку в работе, содействие в получении экспериментального материала исследования. Особую признательность автор выражает своим друзьям и коллегам: М.В. Глаголеву за профессиональную помощь в реализации численных расчетов по моделям, критическую проверку отдельных результатов и теоретических положений работы, содействие в проведении полевых экспериментов, Е.М. Шевченко, А.К. Губеру, Е.В.Шеину, A.B. Дембовецкому, А.Б. Умаровой, М.В. Банникову за профессиональную и товарищескую поддержку в экспедиционных условиях, помощь в лабораторных экспериментах и в компьютерной обработке результатов, Л.Ф. Смирновой, Н.И. Петровой, A.C. Мапучарову за предоставление коллекционных образцов почв и минералов и сопутствующей информации по ним, Д.Д.Хайдаповой, О.В. Каревой, A.B. Кириченко и другим сотрудникам, принимавшим участие в исследовании в рамках кафедральной темы «Структурно-функциональная организация почвенных биофизических систем». Автор сердечно благодарит своих учителей и наставников Г.В. Добровольского, И.И. Судницина, J1.0 Карпачевского, Ф.Р. Зайдельмана за консультации, ценные советы и замечания по работе, а также руководство соответствующих организаций в лице зав. кафедрой. Е.В. Шеина, замдиректора A.C. Курбатовой и зав. отделом А.Д. Мягковой за возможность осуществления этой работы в рамках ПИР кафедры физики и мелиорации почв ф-та почвоведения МГУ и почвенного отдела НИиПИ Экологии Города.

Заключение Диссертация по теме "Почвоведение", Смагин, Андрей Валентинович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ (ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ)

1. Па основе современной фундаментальной теории динамических систем рассмотрены универсальные закономерности организации биокосных единств и выявлены их потенциальные режимы функционирования, включая сложное поведение за пределами равновесия. Исследована роль внутренних (структурных) связей между живыми и косными компонентами в формировании устойчивости, пространственно-временной динамики и самоорганизации динамических биокосных систем.

2. Закономерности биогенной организации детально исследованы на практически идеальных физических объектах - лесных почвах легкого гранулометрического состава. Показано, что их строение, структура, физические и химические факторы плодородия (дисперсность, водоудерживающая способность, водно-воздушные свойства, характеристики проницаемости, аккумуляция элементов питания и влаги) в целом детерминированы кинетикой поступления, трансформации и распределения ОВ и могут рассматриваться как результат самоорганизации лесных БГЦ.

3. Разработаны оригинальные кинетические модели функционирования и пространственно-временной организации биокоспых систем в связи с процессами синтеза, деструкции и распределения в них органического вещества (ОВ). С их помощью удалось воспроизвести сложные колебательные и триггерные режимы биокоспых систем, а также динамику органопрофиля почв. Показано, что сложное поведение может быть заложено внутри самих биокосных единств как нелинейных динамических систем, а не являться продуктом стохастических внешиих воздействий.

4. Обобщены известные материалы и проведены новые экспериментальные исследования по кинетике поступления и трансформации ОВ в почвах лесных, болотных и степных экосистем с использованием оригинальных методических разработок. Выявлены функциональные зависимости скоростей минерализации ОВ от температуры и влажности, получены экспериментальные данные о поступлении и деструкции ОВ в зимний период, меняющие традиционные представления о характерных временах трансформации и устойчивости ОВ в почвах.

5. Обобщена информация о глобальной газовой функции почвенного покрова как источника, резервуара и стока веществ, контролирующих состав и состояние атмосферы. Показано серьезное значение процессов транспорта, аккумуляции и межфазных взаимодействий парниковых газов при определении их продуцирования в почвах, что пе принимается во внимание при традиционных исследованиях. В связи с этим предложено проводить оценку газовой функции почв не по эмиссии (поглощению) газов поверхностью, а по гросс-продукции (стоку) во всем объеме почвенной толщи.

6. Разработаны оригинальные методы исследования эмиссии, биогенной генерации (поглощения), межфазных взаимодействий, массопереноса, динамики содержания газов и паров в почвах, а также новые кинетические модели этих процессов. Па их основе изучена динамика углеродсодержащих газов (СО2, СН4) и кислорода в автоморфных и гидроморфных почвах и пористых средах на стационарных объектах ETC и Западной Сибири. Выявлено значительное превышение генерацией газов их эмиссии с поверхности как следствие аккумуляции, нисходящего и латерального транспорта, а также межфазных взаимодействий газов внутри почвы. Предложен принципиально новый механизм динамики газов в обводненных пористых средах и полигонах ТБО, в котором основная роль отводится локальному массопереиосу (разгрузке) газов из почвы в атмосферу по участкам среды с максимальной газопроницаемостью под действием биогенного градиента давления.

7. Предложена концепция физического состояния почвы как результата взаимодействия ее твердой, жидкой, газовой фаз и биогенной организации, проявляющейся в процессах синтеза и распада ОВ. Получены теоретические зависимости термодинамических потенциалов молекулярных, капиллярных, ионно-электростатических и гравитационных сил в почвенной физической системе в зависимости от ее дисперсности, содержания влаги, состава и концентрации норового раствора, сорбции ПАВ и обменных катионов. Выявлена существенная роль молекулярных взаимодействий в формировании физического состояния и водоудерживающей способности почв, что меняет традиционные воззрения в этой области, опирающиеся на капиллярную теорию.

8. Для получения базовых термодинамических характеристик физического состояния почв с сопряженным определением функций влагопроводности, диффузивпости газов, электропроводности и продуцирования диоксида углерода (минерализациониого потенциала) предложено использовать экспрессные инструментальные методы - газовую хроматографию и равновесное центрифугирование. На этой основе осуществлена экспериментальная оценка физического состояния образцов почв различного генезиса и гранулометрического состава, являющихся типичными для территории Р.Ф. и ряда зарубежных стран, а также оценен вклад природных и синтетических ОВ в его формирование и поддержание.

9. Концепция и методы оценки физического состояния почв успешно использованы при проектировании и создании оригинальных слоистых влагоаккумулируюших конструкций типа «сэндвич», применение которых в городских условиях О.А.Э. впервые позволило достичь 30-50% экономии поливной влаги и снять угрозу вторичного засоления при выращивании зеленых насаждений.

10. Работа способствовала развитию нового биогеофизического направления, рассматривающего процессы организации биокосных систем и их менеджмента, с позиций современных достижений точных наук

В заключение отметим, что проблема пространственно-временной организации почвы как сложной биокосной динамической системы до сих пор остается малоисследованной, несмотря на обилие публикаций в этой области, включая моделирование динамики ОВ и живых организмов, энергомассопереноса, закономерностей структурной организации, включая пространственное варьирование свойств почвы. В целом методологические принципы изучения пространственно-временной динамики ОВ и организации биокосных единств должны па наш взгляд претерпеть существенные изменения. На смспу традиционной парадигме, представляющей почву в качестве простой линейной системы, пассивного продукта воздействия внешних факторов, приходят новые взгляды на почву как сложную, нелинейную, динамическую биокосную систему, способную к самоорганизации в потоках веществ и энергии. Эти воззрения позволят с качественно новых позиций исследовать проблемы динамики, устойчивости, плодородия почв, постигая законы природной организации. И быть может тогда человечество приблизится к главной своей цели — жить в гармонии с Природой и осознает в полной мере великое значение почвы как истока, исхода Жизни и ее возрождения.

Библиография Диссертация по биологии, доктора биологических наук, Смагин, Андрей Валентинович, Москва

1. Абатуров Б.Д. Роль животных-зсмлсроев в перемещении химических веществ в почве // Проблемы биогеоценологии М. Наука. 1973. С.5-11.

2. Абу эль Нага С.А., Паников Н.С., Звягинцев Д.Г. Кинетический анализ кривых дыхания поча, обогащенных глюкозой // Вести. МГУ, сер 17 почвоведепиею 1983.№4. С.40-48.

3. Александров Г.А., Логофет Д.О. Динамическая модель совместного круговорота органического вещества и азота в биогеоценозе переходного болота // Математическое моделирование биогеоценотических процессов. М. Наука, 1985. с. 80-98.

4. Аксенов A.B. Физико-механические свойства почв и энергетическое состояние почвенной влаги. Автореф. дисс. канд. биол. наук. М. 2003. 24с.

5. Ананьева Н.Д., Никитин Д.А. Изучение процесса гетеротрофной ассимиляции СОг в почве //тез. Респ. конф «Микробиол процессы в почвах «,Вильнюс 1978 с. 11-13

6. Аптипов Каратаев И.Н., Келлерман В.В., Хан Д.В. О почвенном агрегате и методах его исследования. M-JI. 1948. 84с.

7. Антропогенная эволюция черноземов. Воронеж. 2000. 412 с.

8. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М. МГУ. 1961. 492с.

9. Арманд А. Д. Самоорганизация земной поверхности (географическая синергетика) // Математическое моделирование сложных биологических систем, м. 1998. С. 33-49.

10. Аткип A.C. Фитомасса и обмен веществ в сосновых лесах . Красноярск. 1984. 134с.

11. П.Ахтырцев Б.П., Ефанова Е.В. Гумус подтипов среднерусских черноземов разногогранулометрического состава // Почвоведение. 1998. №7. С. 803-811.

12. Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв. М.: МГУ, 1989. 336 с.

13. Базилевич Н.И. Биологическая продуктивность экосистем Северной Евразии. М. Наука, 1993

14. Базилевич Н.И., Гребенщиков О.С., Тишков A.A. Географические закономерности структуры и функционирования экосистем. М. Наука, 1986, 297 с.

15. Банкина Т.А., Банкин М.П., Шельпяков А.А и др. Роль почвенного покрова в предотвращении накопления СО2 в атмосфере // Тез. Всеросс. Науч конф. «Проблемы изучения биосферы» Саратов. 1996. с.92-93

16. Бахтин П.У. Динамика физико-механических свойств почв. М. Изд-во АН СССР, 1954.

17. Бслинцев Б.Н. Физические основы биологического формообразования. М.: Наука, 1991. 256 с.

18. Березин П.Н. Структурно-функциональные и гидрофизические свойства набухающих почв //Современные физические и химические методы исследования почв. М.МГУ, 1987. С.20-46.

19. Березин П. II., Воронин А. Д., Шсин Е. В. Основные параметры и методы количественной оценки почвенной структуры //Почвоведение. 1985.№ 10. С. 16-24.

20. Березин П.Н., Гудима И.И. Физическая деградация почвы: параметры состояния // Почвоведение, 1994. №11. С. 67-70.

21. Бибергаль Е.А. О миграции водорастворимых органических растительных остатков в почвах различного механического состава // Докл. ТСХА. 1972. Вып.181. С. 93-96.

22. Биосфера и ее ресурсы. М.: Наука, 1971. 312 с.

23. Бланкфельд Ю.И., Богданович Е.Ф. Наблюдение над газообменом в почве путем применения радиоактивного углерода С14 // Почвоведение, 1966,№10. с.32-35

24. Бондарев А.Г. Теоретические основы и практика оптимизации физических условий и плодородия почв // Почвоведение, 1994, №11. С.35-42.

25. Бондарев А.Г. Оптимизация физических свойств и режимов почв в современном земледелии //Тез. докл. II съезда РОП , Санкт-Петербург, 1996, книга 1 с. 129-130.

26. Бондарев А.Г., Кузнецова И.В. Физические основы повышения плодородия почв // Органическое вещество пахотных почв. Тр. Почвенного института им. Докучаева. М. 1987 с.28-36.

27. Бондаренко Н.Ф. Физика движения подземных вод JI. Гидрометеоиздат. 1973.215с.

28. Бондаренко Н.Ф., Журавлев О.С., Швытов И.А. Моделирование трансформации органических веществ в почвах // Моделирование биогеоценотических процессов. М. Наука, 1985, с. 136-141.

29. Бреслер Э., Макнил Б.Л., Картер Д.Л. Солонцы и солончаки (принципы, динамика, моделирование). Л. Гидрометиздат. 1987.296с.

30. Брауне Ф.Э., Брауне. Д.А. Химия лигнина. М. Лесная пр-сть. 1964. 864с.

31. Бугров Я. С., Никольский С.М. Высшая математика М. Наука. 1981. 335с.

32. Бугровский В.В. Функциональное математическое моделирование экологических систем // Автореферат докт. дисс.Кызыл, 1998.74 с.

33. Будыко М.И., Ронов А.Б., Яншин А.Л. История атмосферы Л. Гимдрометеоиздат.1985. 208с.

34. Бурков А.И., Возженников О.И., Морозько E.H. Анализ полевого эксперимента с летучими пестицидами с помощью модели CHEMAS // Тр. ИН-та эксп. метеор. 1996, №27. С.116-125.

35. Буяновский Г.А Особенности режима СОг в газовой фазе сильнокарбонатных почв // Почвоведение, 1972,№9. с.83-88

36. Быстрицкая Т.Л., Смагин A.B. Воспроизводство гумусово- аккумулятивного процесса в целинных и пахотных черноземах. // Докл. 8 Всесоюзн. съезда почвоведов. Новосибирск, 1989. Т4. С.41.

37. Вабищевич П.Н. Численное моделирование. М.: МГУ, 1993. 152 с.

38. Важенип И.Г. Почвообразование на морских песчаных отложениях, подстилаемых гранитной плитой // Почвоведение, 1987, №6, с.15-26.

39. Вайчис М.В. Состав гумуса лесных почв на песчаных дюнах в Литве // Почвоведение, 1969, №8, с.38-45.

40. Вайчис M.B. Поверхностно-подзолистые песчаные почвы на материковых дюнах в восточной Литве // Почвоведение, 1973, №9, с.3-10.

41. Вайчис М. В. Прогнозирование продуктивности сосновых насаждений по запасам гумуса и питательных элементов в почве // Тр. ЛитНИ ИЛХ. 1981. Вып.20. С.50-56.

42. Вайчис М. В., Руткаускас А.Ю. Запасы питательных веществ в почвах и их влияние на производительность сосновых и еловых лесов Литвы // Почвоведение. 1971. №2. С.79-93.

43. Веретенников A.B. О содержании углекислого газа в почвенной воде заболоченных лссов Архангельской области. // Почвоведение,1968,№10. с.88-94.

44. Вернадский В.И Живое вещество М. Наука. 1978. 358с.

45. Вершинин П.В. Почвенная структура и условия ее формирования. М-Л. 1958. 186с.

46. Вершинин П.В. Проблемы искусственного структурообразования // Сб трудов по агрономической физике. М. Минсельхоз. 1960. выи.8 с.131-142.

47. Взаимодействие почвенного и атмосферного воздуха. М.:МГУ,1985. 107 с.

48. Вильяме В.Р. Почвоведение М. Сельхозгиз. 1940. 448с.

49. Водные свойства почвы. Сельхозгиз. 1937. 383с.

50. Водяницкий Ю.Н. Оксиды железа и их роль в плодородии почв. М. Наука. 1989. 160с.

51. Возможности современных и будущих фундаментальных исследований в почвоведении М. ГЕОС. 2000. 135 с.

52. Волобуев В.Р. Экология почв (лчерки) Баку. 1963. 260с.

53. Волобуев В.Р. Введение в энергетику почвообразования. М. Наука. 1974.128с.

54. Вомперский С.Э. Биологические основы эффективности лесоосушения. М.: Наука, 1968. 312 с.

55. Вомперский С.Э. Роль болот в круговороте углерода // Биогеоценотические особенности болот и их рациональное использование. М.: Наука,1994.С 5-38.

56. Вомперский С.Э. Принципы оценки депонирования углерода болотами // Лесоведение, 1995, №5. С. 21-27.

57. Вомперский С.Э., Сирии A.A., Глухов А.И. Формирование и режим стока при гидролесомелиорации. М.: Наука, 1988. 168 с.

58. Вомперский С.Э., Иванов А.И., Цыганова О.П. и др. Заболоченные органические почвы и болота России и запасы углерода в их торфах // Почвоведение, 1994, № 12. С. 17-26.

59. Вопросы численности биомассы и продуктивности почвенных микроорганизмов. Л.: Наука, 1972. 279 с.

60. Воробьева Л.А. Химический анализ почв. М.МГУ, 1998. 217с.

61. Воронин А.Д. Структурно-функциональная гидрофизика почв. М.МГУ. 1984.204 с.

62. Воронин А.Д. Основы физики почв. М. МГУ. 1986. 244с.

63. Воронин А.Д. Энергетическая концепция физического состояния почв. // Почвоведение, 1990, №5. С. 7-19.

64. Воронин А.Д., Скалабан В.Д Соотношение между полным , капиллярно-сорбциопным и осмотическим потенциалом воды в почве // Почвоведение, 1978, № 12. С.121-125

65. Воронин А.Д., Тюгай З.Н., Капинос В.А. Тер.мограммы сушки почвы. // Вестн. МГУ, сер. 17, 1998, №3. С. 39-42.

66. Воронин А.Д., Губер Л.К., Шсин Е.В. Использование почвенно-гидрологических констант для расчета параметров гидрофизических характеристик // Почвоведение. 1996. №5. С. 630-634.

67. Воронин А.Д., Дембовецкий A.B., Шсин Е.В. Анализ основных структурно-функциональных зависимостей с использованием базы данных физических свойств и функций почв // Почвоведение. 1997. №9. С. 1120-1123.

68. Воронков H.A. Пространственное варьирование влажности пссчапых почв под насаждениями сосны//Почвоведение. 1967.№ 10.С.62-69.

69. Гаель А.Г., Смирнова Л.Ф. Пески и песчаные почвы. М. ГЕОС. 1999. 252 с.

70. Гаджиев Д.А., Надиров Ф.Т. Удельная поверхность и ферментативная активность некоторых почв Азербайджанской ССР // Изв АзССР Сер биол. № 6, 1987, с30-36.

71. Гаджиев И.М., Дергачсва М.И., Курачсв В.М. Природа и причины дифференциации профиля почв. // Тез. докл. 8 Вс. съезда почвоведов. Новосибирск. 1989. кн.4. С.11

72. Галстян А.Ш. Об активности ферментов и интенсивности дыхания почвы // ДАН СССР. 1959. т. 127. №5. с. 1099-1102.

73. Ганжара Н.Ф. Концептуальная модель гумусообразования // Почвоведение. 1997. №9. С.1075-1080.

74. Гедройц К.К. Избранные сочинения, М. Сельхозгиз, 1955.

75. Геннадиев А.Н. Почвы и время: модели развития. М. МГУ. 1990.232с.

76. Гильманов Т.Г. Линейная модель многолетней дииамики почвенного органического вещества // Вест. МГУ, сер. VI, 1974, т.6, с.69-73.

77. Глаголев М.В., Смагин A.B. Базовая математическая модель пространственно-временной динамики нелинейных биокосных систем: анализ потенциальных режимов и численные методы их реализации // Тр III съезда ДОП. М. 2000. Кн.1. с.96-97.

78. Глобус A.M. Экспериментальная гидрофизика почв. Л. Гидрометеоиздат. 1969. 355с.

79. Глобус А.М.Почвенно-гидрофизичсское обеспечение агроэкологических математических моделей. Л.: Гидрометеоиздат, 1987.428с.

80. Глобус A.M., Туленинова O.K. Влияние длительности и характера землепользования на свойства обыкновенного чернозема // Почвоведение, 2000, №2. С. 220-223.

81. Гольдман С.Ю., Минкин Л.М., Мясников Н.Г. Ротационный неизотермический воздухообмен в почве// Почвоведение, 1987,№5. С.61-71.

82. Гольдштсйп М.Н. Механические свойства грунтов. М. Стройиздат. 1973. 376с.

83. Горбенко А.Ю., Паников Н.С. Количественное описание динамики роста гетеротрофных микроорганизмов в почве в связи с первичным продукционным процессом в биогеоценозе // ЖОБ. 1989. T.L. №1. С. 38-59.

84. Гришина J1.A. Гумусообразование и гумусное состояниен почв М.: МГУ, 1986.

85. Гришина J1.A., Копцик Г.Н., Макаров М.И. Трансформация органического вещества почв. М.: МГУ, 1990. 88 с.

86. Гродзинский A.M. Аллелопатия в жизни растений и их сообществ. Киев. Наукова Думка. 1965. 200с.

87. Грю К.Э., Иббс ТЛ. Термическая диффузия в газах. М. ГИТТЛ. 1956. 184 с.

88. Губер А.К. Шеин Е.В., Вань Ицюань, Умарова А.Б. Экспериментальное обеспечение математических моделей переноса воды в почвах, оценка адекватности и надежности прогноза // Почвоведение 1998. №9. С. 1127-1138.

89. Гумматов Н.Г., Пачепский Я.А. Современные представления о структуре почв и структурообразовании. Пущино 1991. 4.1 (механизмы и модели, 33с.) и 4.2 (динамика и факторы, 25 с.)

90. Дейков К.В., Хурле К., Мюллэдер Н. Эмиссия действующих веществ ряда пестицидов // Изв. ТСХА, вып. 3. 1997. С.84-98.

91. Демкина Т.С., Ананьева Н.Д, Орлинский Д.Б. Сравнительная оценка почв по активности продуцирования С02 // Почвоведение, 1997,№5. С 564-569.

92. Денисов Е.Т. Кинетика гомогенных химических реакций. М.: Высшая школа, 1978. 367 с.

93. Дергачева М.И. Органическое вещество почв: статика и динамика. Новосибирск. Наука. 1984. 152с.

94. Джефферс Дж. Введение в системный анализ: применение в экологии. М.: Мир, 1981. 256 с.

95. Динамика растительного вещества и современные почвенные процессы в травянистых экосистемах. Пущино. 1991, 236с.

96. Дмитриев П.П. Изменение профиля почвы в результате деятельности млекопитающих-землероев // Почвоведение. 1988. №11 С.75-81.

97. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Экологические функции почв // Успехи почвоведения. М. Наука. 1986. С. 96-101.

98. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Функции почв в биосфере и экосистемах. М.: Наука, 1990. 260 с.

99. Дояренко А.Г. Избранные сочинения М. Сельхозгиз. 1963. 426с.

100. Дылис Н.В. Основы биогеоценологии. М. МГУ. 1973. 151с.

101. Дыхание почвы. Пущино, 1993. 144 с.

102. Дьяконова К.В. Булеева B.C. Особенности миграции органического вещества , железа и алюминия с лизиметрическими водами по профилю подзолистых почв // Тр. 10 Межд. конгр. почв. М. Наука. 1974.

103. Дюшофур Ф. Основы почвоведения М. Прогресс. 1970. 592с.

104. Дювиньо П., Танг Н. Биосфера и место в ней человека. М.: Прогресс, 1969. 252 с.

105. Ефимов В.Н. Торфяные почвы М. РОССЕЛЬХОЗИЗДАТ. 1980. 120с.

106. Ефремова Т.Т., Ефремов С.П., Мслептьсва Н.В. Запасы и содержание соединений углерода в болотных экосистемах России // Почвоведение, 1997, №12. С.1470-1477.

107. Заварзин Г.А. Взаимодействие геосферы и биосферы // Экология и почвы. Пущино. 1998. С. 139-153.

108. Заварзип Г.А. Круговорот углерода на территории Росссии // Тр. Нац. конф с межд. участ. «Эмиссия и сток парниковых газов на территории Северной Евразии».Пущино, 2000. С. 17-23.

109. Зайдельмаи Ф.Р. Мелиорация почв М. МГУ. 1987.304с.

110. Зайдельман Ф.Р. Процесс глееобразования и его роль в формировании почв. М.МГУ 1998.300с.

111. Зайдельмаи Ф.Р., Никифорова A.C. Генезис и диагностическое зхначение новообразований почв лесной и лесостепной зон. М. МГУ. 2001. 216 с.

112. Зайдельман Ф.Р, Кожевин П.А., Шваров А.П, Павлова Е.Б., Горленко М.В. Влияние разных способов пескования на биологическую активность и элементы газового режима осушенных торфяных почв// Почвоведение.2001. №2 С. 234-244.

113. Звягинцев Д.Г, Голимбет В.Е. Динамика микробной численности, биомассы и продуктивности микробных сообществ в почвах // Успехи микробиологии. 1983. Вып. 18. С.215-231.

114. Зеленская H.H. Структурно-функциональная организация экосистем как основа для их моделирования, мониторинга и управления //Автореф. канд. дисс. М. 1996, 48 с.

115. Зубкова Т.А., Карпачевский Л.О. Матричная организация почв М. Русаки. 2001. 295с.

116. Зуев B.C. К оценке гидрофильности- гидрофобности почв по данным гидросорбционных определений. Л. Агрофиз. НИИВАСХНИЛ. 1989.29с.

117. Иванникова Л.А., Гармаш Г.Г. Определение параметров минерализации органических веществ в почве способом реакционно-кинетического фракционирования // Почвоведение, 1994, №9, с. 28-36.

118. Ильин В.В. Биогенная и техногенная аккумуляция химических элементов в почве // Почвоведение, 1988, №7, с. 124-132.

119. Ильинская С.А., Смагин A.B. Роль почвы в экогенезе долинных сосновых лесов Подмосковья.//Лесоведение, 1989, №5. С.13-22.

120. Инишева Л.И., Дементьева Т.В. Скорость минерализации органического вещества торфов //Почвоведение 2000, №2. с. 196-203.

121. Ионенко В.И., Бацула A.A., Головачев Е.А. О кинетике процесса гумификации // Почвоведение 1986, №2. с.25-33.

122. Иоффе А.Я. К теории силового поля при центробежном моделировании // Жури, тсорст. физики. 1934 Т.IV. Вып.8

123. Каар Э., Райд Л. Почвообразовательный процесс па разровненных сланцевых отвалах в Эстонской ССР // Экол. Кооп. 1989. №3-4. С.67-68.

124. Казимиров Н.И., Волков А.Д., Зябченко С.С. и др. Обмен веществ и энергии в сосновых лесах Европейского Севера. JI.Наука, 1977.204 с.

125. Капинос В.А., Коновалов С.Н. Об использовании кривых основной гидрофизической характеристики почв для контроля за агрофизическим состоянием пахотных горизонтов // Вестн. МГУ, сер. 17, 1986, №3. С. 44-47.

126. Кармапова И.В. Матсматичсскис методы изучения роста и продуктивности растений. М. Наука, 1976.

127. Качинский H.A. Физика почвы М. Высшая школа. 1965. т.1. 323с.

128. Карпачевский Л.О. Пестрота почвенного покрова в лесном биогеоценозе. М. МГУ. 1977, 312с.

129. Карпачевский Л.О. Лес и лесные почвы. М. Лесн. пр-сть. 1981. 264с.

130. Карпачевский Л.О. Физика поверхностных явлений в почве. М. МГУ. 1985. 91с.

131. Карпачевский Л.О., Керженцев A.C., Обухова В.А. Юбилейная экологическая школа в Пущино И Почвоведение. 1996. №8. С. 1034-1035.

132. Карпачевский Л.О. Динамика свойств почвы М. ГЕОС, 1997. 170с.

133. Кауричев И.С., Ганжара Н.Ф., Конаревцева Л.Г. Роль водорастворимых органических веществ в формировании гумусового горизонта дерново-подзолистых почв. // Современные почвенные процессы. М. 1974. С. 74-84.

134. Керженцев A.C., Зеленская H.H. Роль почвы в структуре и функциях природных экосистем // Информационные проблемы изучения биосферы. Пущино, 1986. с.62-77.

135. Керженцев A.C., Кузнецов М.Я., Кузнецова Е.В. О моделировании процесса трансформации органического вещества в почве. // Информационные проблемы изучения биосферы. Пущино, 1988. С. 76-84.

136. Кин Б.А. Физические свойства почвы. Л-М. ГТТИ. 1933. 264с.

137. Кирюшин В.И., Ганжара Н.Ф., Кауричев И.С., Орлов Д.С., Титляпова A.A., Фокип А.Д. Концепция оптимизации режима органического вещества в почвах и агроландшафтах. М. МСХА. 1993.98с.

138. Киселев A.B., Яшин Я.И. Газоадсорбционнная хроматография М. Наука, 1967.256с.

139. Кобак К.И. Биотические компоненты углеродного цикла. М. Гидрометсоиздат, 1988. 248 с.

140. Ковда В.А. Биосфера и человечество // Биосфера и ее ресурсы. М. Наука, 1971. С. 7-53

141. Ковда В.А. Биогеохимия почвенного покрова. М. Наука. 1985. 263с.

142. Ковда В.А., Смагин A.B., Быстрицкая Т.Л. Роль сезонной динамики органического вещества в самоорганизации степных биогеоценозов. // ДАН СССР, 1989, Т 308, №2. С.461-463.

143. Корп Г. Корн Т. Справочник по математике М. Наука. 1984. 832 с.

144. Королев В А. Антропогенные изменения физических свойств черноземов среднерусской лесостепи //Тез Вс. съезда почвоведов. Новосибирск. 1989. кн.1 с. 43.

145. Корсупов В.М.(ред) Исследование и моделирование почвообразования в лесных БГЦ. Новосибирск. Наука. 1979. 160с.

146. Косых H. П. Болотные экосистемы таежной зоны Западной Сибири : фитомасса и продукция. Автореферат канд. дисс., Томск, 2003. 23с

147. Коулман Д.К., Коул К.В., Эллиот Э.Т. Распад и круговорот органического вещества и динамика питательных элементов в агроэкосистемах // Сельскохозяйственные экосистемы. М. Агропромиздат. 1987. С. 85-103.

148. Кремер A.M. Неоднородности почвенного покрова как самоорганизующиеся системы // Закономерности пространственного варьирования свойств почв. М.: Наука, 1970. С. 68-80.

149. Кремер A.M., Морозов А.И. Математическое моделирование процесса самоорганизации нсоднородпостсй почвенного покрова// Бюлл. Почв. Ин-та им. В.В.Докучаева, 1988. №47. С. 67-68.

150. Крупенников И.А. История почвоведения М.: Наука. 1981. 328 с.

151. Кудеяров В.Н. Биогенные составляющие баланса СОг на территории России // Эмиссия и сток парниковых газов на территории Северной Евразии. Пущино, 2000. с.23-25.

152. Кудеяров В.Н. Биогенная эмиссия углекислоты и методология ее оценки // Эмиссия и сток парниковых газов на территории Северной Евразии. Пущино, 2003. с.61-63.

153. Кудеяров В.Н., Хакимов Ф.И., Деева Н.Ф., и др. Оценка дыхания почв России // Почвоведение, 1995, №1. С. 33-42.

154. Кузнецова И.В. Роль органического вещества в образовании водопрочной структуры дерпово-подзолистых почв.//Почвоведение, 1994, №11 С.31-41.

155. Кузнецова И.В. Содержание и состав органического вещества черноземов и его роль вобразовании водопрочной структуры // Почвоведение. 1998. №1. С. 41-50.

156. Кузнецова И.В., Данилова В.И. Влияние гранулометрического, минералогического состава и содержания органического вещества на пабухапис почв. // Почвоведение. 1991. №10. С. 69-83.

157. Кузнецова И.В., Бондарев А.Г., Данилова В.И. Устойчивость структурного состояния и сложения почв при уплотнении // Почвоведение, 2000, №9. С. 1106-1113.

158. Кузьмичев В.В. Закономерности роста древостоев. Новосибирск, Наука, 1977. 160 с.

159. Кузяков Я.В. Составляющие потока СОг из почвы и их разделение // Эмиссия и сток парниковых газов на территории Северной Евразии. Пущино, 2000. С.35-36

160. Кульмам А. Искусственные структурообразователи почвы М. Колос. 1982. 158с.

161. Куст Г.С. Опустынивание: принципы эколого-генетической оценки и картография М. 1999. 362с.

162. Лабораторные методы исследования физических свойств и режимов почв .М.ГЕОС. 2000. 55с.

163. ЛапоА.В. Следы былых биосфер М. Зание. 1987. 208с.

164. Лебедев А.Ф. Почвенные и грунтовые воды. М. Изд-во АН СССР. 1936. 316с.

165. Лыков A.B. Теория сушки. М-Л. ГЭИ. 1950. 416с.

166. Львович М.И. Мировые водные ресурсы и их будущее. М.: Мысль, 1974. 448 с.

167. Ляпунов A.A., Титлянова A.A. Системный подход к изучению обменных процессов в Y биогеоценозах//Бот. Ж. 1974. Т.59, №8. с. 1081-1092.

168. Макаров И.Б. Сезонная динамика содержания гумуса в почве. Вестн. МГУ Сер. 17 почвоведение, №3. 1986. С. 25-33.

169. Мамихин C.B., Тихомиров Ф.А. Модель многолетней динамики стабильного углерода и С14 в целинных черноземах степного биогеоценоза // Вестн. МГУ, 1984. сер. 17, №4. с. 1318.

170. Мапучаров Л.С., Абрукова В.В, Чсрноморчспко Н.И. Методы и основы реологии в почвоведении. М.МГУ. 1990. 98с.

171. Махлии Т.Б. Поляк З.И., Шилихина И.И., Энтспзои М.М. Математическая модель профильного распределения гумуса в почве // Почвоведение, 1981, №6. С.27-36.

172. Марри Дж. Нелинейные дифференциальные уравнения в биологии. М.: Мир, 1983. 400 с.

173. Медведев В.В. Оптимизация агрофизических свойств черноземов. М. Агропромиздат. 1988. 160с.

174. Межлас Г.В. Образование гумусового горизонта и продуктивность восстановленных почв //Тез. докл. 8 Вс. съезда почвоведов. Новосибирск. 1989. Кн.4. С. 193.

175. Методы почвенной микробиологии и биохимии. М. МГУ. 1991. 294 с.

176. Мизури Маауиа Бен Али, Шеин Е.В., Сравнительная агрофизическая характеристика некоторых набухающих почв Туниса. // Почвоведение, 1996. №9. С. 1084-1088.

177. Мизури Маауиа Бен Али. Графическое распространение и гидрофизические характеристики глинистых почв Туниса . Автореф. дисс. канд. биол. наук. М. 1996. 24с.

178. Мигунова Е.С. Запасы и состав гумуса песчаных почв в сосновых насаждениях разной производительности // Лесоводство и агролесомелиорация . 1972. Вып.ЗО. С. 100-107.

179. Мигунова Е.С. Леса и лесные земли. М. Экология. 1993. 364с.

180. Милановский Е.Ю. Амфифильные компоненты гумусовых веществ почв. // Почвоведение, 2000, №6. С.706-715.

181. Минеев В.Г Агрохимия. М. МГУ, 1990. 485 с

182. Минкин М.Б., Ендовицкий А.П., Калиниченко в.П. Карбонатно-кальциевое равновесие в ночвеннызх растворах. M. ТСХА.1995. 210с.

183. Минько О.И., Каспаров C.B. Образование и выделение газов из затопленных почв // Тр. 7 науч. конф мол. ученых ф-та почв, М.МГУ. С.144-151.

184. Мироненко Е.В., Салимгареева O.A., Понизовский A.A., Чудинова С.М. Влияние гидрофобных жидкостей на водоудерживание и энергетическое состояние воды в почвах // Почвоведение, 2000, №4. С. 463-470.

185. Михаилов И.В. Влияние города на атмосферные осадки // Изв. АН СССР Сер. Геогр. 1980. №6. С. 88-94.

186. Моделирование процессов засоления и осолопцсвапия почв. М. Наука. 1980. 260с

187. Моделирование биогеоценотических процессов M Наука 1981. 182с.

188. Молчанов A.A. Гидрологическая роль сосновых лесов на песчаных почвах. М. АН СССР. 1952.488с.

189. Молчанов A.A. Гидрологическая роль леса М. АН СССР. 1960. 488с.

190. Молчанов A.A. Влияние леса на окружающую среду М. Наука. 1973. 360с.

191. Морозов А.И. О природе почв // Информационные проблемы изучения биосферы. М. Наука. 1988. С. 201-230.

192. Морозов А.И. О замкнутых моделях почв // Вест. МГУ. Сер. 17. 1989. №3. С. 11-22.

193. Мосолова А.И. Влияние полимеров на структуру лугово-подзоличтых почв и на урожай сельскохозяйственных культур//Почвоведение, 1970, №9. С. 54-64.

194. Мякушко В.К. Сосновые леса равнинной части УССР. Киев. Наукова думка. 1978. 256с.

195. Наумов A.B. Болота как источник парниковых газов на территории Западной Сибири // тез. Докл. II Межд. Конф «Эмиссия и сток парниковых газов на территории Северной Евразии. Пущино. 2003. с.86-87.

196. Нерпин С.В, Чудновский А.Ф. Физика почвы. М. Наука. 1967. 584с.

197. Ножевникова А.Н., Юрганов JI.H. Цикл атмосферной окиси углерода и использование ее бактериями // Роль микроорганизмов в круговороте газов в природе. М Наука 1979. С. 178-205.

198. Одум Ю. Основы экологии М.Мир. 1975. 742с.

199. Орлов Д.С. Химия почв. М.МГУ. 1985.376с.

200. Орлов Д.С., Бирюкова О.Н. Запасы углерода органических соединений в почвах Российской Федерации // Почвоведение, 1995, №1. С. 21-32.

201. Орлов Д.С., Бирюкова О.Н. Устойчивость органических соединений почвы и эмиссия парниковых газов в атмосферу // Почвоведение, 1998, №7.

202. Основные типы биогеоценозов северной тайги. М. Наука. 1977.282с.

203. Основы агрофизики М. Изд. физ-мат. л-ры. 1959. 903с.

204. Паракшин Ю.П., Паракшина Э.М., Терентьева М.Ю. К оценке почв по гидрологическому режиму // Фундаментальные физические исследования в почвоведении и мелиорации. М.МГУ. 2003. С.302-304.

205. Пайтген Х-О., Рихтер П.Х. Красота фракталов. М.:Мир,1993.176 с.

206. Пальчински А. Очерк фитоценологии торфяных болот Польши и генетическая классификация торфов, основанная на эколого-фитоценологическом принципе // Ботан. ж. 1969. Т.54. №12. С. 1921-1938.

207. Паников Н.С. Математическое моделирование роста микроорганизмов в почве // Биол. Науки, №12, 1988. с.58-65.

208. Паников Н.С. Эмиссия парниковых газов из заболоченных почв в атмосферу и проблема устойчивости // Экология и почвы, Пущино, 1998. С. 171-184.

209. Паников Н.С., Сизова М.В, Зеленев В.В. и др. Эмиссия CII4 и СОг из болот юга Западной Сибири: пространственное и временное варьирование потоков//Журн. экол. Химии, 1995. С.9-26.

210. Пачепский Я.А. Математические модели процессов в мелиорируемых почвах. М.: МГУ, 1992. 86с.

211. Пачепский Я.А., Щербаков Р.А, Варапляи Д., Райкаи К. Статистический анализ связи водоудерживающей способности с другими физическими свойствами почв // Почвоведение, 1982. №2. С.56-66.

212. Паулюкявичюс Г.Б. Гидрологические и геохимические свойства холмистых лесных ландшафтов. Вильнюс. 1972.460с.

213. Пегов С.А., Хомяков П.М. Моделирование развития экологических систем. Л.: Гидрометеоиздат, 1991.222 с.

214. Перельман А.И Геохимия ландшафта М. Географгиз. 1961. 496 с.

215. Перт С.Д. Основы культивирования микроорганизмов и клеток. М.: Мир, 1978. 336 с.

216. Пильгунова М.Ю. Влияние орошения на характер профильного распределения содержания гумуса в южных черноземах одесской области. // Вестник МГУ, 1983, сер. 17, Почвоведение, №3. С.24-28.

217. Плакхина Д.М. Особенности микростроения песчаных почв юга лесной зоны ETC // Бюлл. Почв, ни-та им. В.В. Докучаева. 1989. вып.51. С. 79-80.

218. Плешиков Ф.И. Лесорастительные свойства почв ленточных боров Минусинской котловины и их отностительная оценка. Автореферат канд. дисс., Красноярск, 1975. 20с.

219. Поверхностные пленки воды в дисперсных структурах. М. МГУ. 1988.280 с.

220. Поздняков А.И., Позднякова Л.А., Позднякова А.Д. Стационарные электрические поля в почвах M. КМК. 1996. 358с.

221. Поздняков А.И. Полевая электрофизика почв М. МАИК Наука/интерпериодика. 2001. 278с.

222. Поздняков Л.К., Протопопов В.В., Горбатенко В.М. Биологическая продуктивность лесов Средней Сибири и Якутии. Красноярск. 1969.155с.

223. Полевые и лабораторные методы исследования физических свойств и режимов почв. М.МГУ. 2001.200с.

224. Полынов Б.Б. Избранные труды. М. АН СССР. 1956.

225. Полуэктов P.A., Пых Ю.А., Швытов A.A. Динамические модели экологических систем. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 288 с.

226. Понизовский A.A., Пинский Д.Л., Воробьева Л.А. Химические процессы и равновыесия в почвах. М.МГУ.85с.

227. Пономарева В.В. Теория подзолообразовательного процесса. М-Л. Наука. 1964. 380с.

228. Пономаренко C.B., Таргульян В.О., Шоба С.А. Начальные этапы формирования почв в лесной зоне на суглинистых отложениях // Микроморфология антропогенных изменений почв. М. 1988. с.164-183.

229. Почвенно-агрономическая характеристика АБС Чашниково 1986. Ч. 1. 96с.

230. Продуктивность органической массы в лесах различных зон . М. Наука 1971. 276с.

231. Продуктивность органической и биологической массы леса . М. Наука 1974. 192с.

232. Разумовский С.М. Закономерности динамики биоценозов. М. Паука. 1981. 231с.

233. Райе Э. Аллелопатия М. Мир, 1978. 392 с.

234. Растворова О.Г. Физика почв (практическое руководство) JI. 1983,193с.

235. Растворова О.Г., Романов О.В., Макарова ПЛ. Изменение физических свойств почв при их экспериментальной дегумификации // Тез Вс. съезда почвоведов. Новосибирск. 1989. кн. 1 с. 112.

236. Ревут И. Б. Физика почв. JI. Колос. 1972. 366с.

237. Ремезов Н.П. Почвы. М.: Учпедгиз, 1952.422с.

238. Ремезов Н.П., Быкова JI.H., Смирнова K.M. Потребление и круговорот азота и зольных элементов в лесах европейской части СССР. М. МГУ. 1959. 284с.

239. Реппо Э. К методике изучения сезонной динамики водопрочпости почвенной структуры // Сб. науч. тр. Эстон. НИИ землед. и мелиор.1965. вып. 6. С. 18-26.

240. Рогинский С.З., Яновский М.И., Берман А.Д. Основы применения хроматографии в катализе. М.: Наука, 1972. 376 с.

241. Роде A.A. Почвообразовательный процесс и эволюция почв. М.: ОГИЗ, 1947.142 с.

242. Роде. A.A. Почвенная влага. М. Изд-во АНСССР. 1952. 456с.

243. Роде A.A. Водные свойства почв и грунтов. Изд-во АН СССР. 1955. 132с.

244. Роде A.A. Методы изучения водного режима почв. Изд-во АН СССР. 1960.244с.

245. Родин JI.E., Базилевич Н.И. Динамика органического вещества M.-JI. Наука, 1965. 254 с.

246. Розанов Б.Г. Основы учения об окружающей среде. М.: МГУ, 1984, 375 с

247. Рубин А.Б. Биофизика. М.: Высшая школа, 1987. 320 с.

248. Рубин А.Б. Лекции по биофизике. М.: МГУ, 1994. 160 с.

249. Рубин А.Б. Пытьева Н.Ф. Ризниченко Г.Ю. Кинетика биологических процессов. М. МГУ, 1984, 284 с.

250. Рыжова И.М. Анализ устойчивости системы гумус почвы — растительный покров па основе нелинейной модели круговорота углерода // Вестник МГУ, сер. 17, 1992, №3. с. 1218.

251. Рыжова И.М. Анализ отклика экосистем на изменения параметров круговорота углерода методом математического моделирования// Почвоведение, 1995,№1. с.50-55.

252. Рысин Л.П. Сложные боры Подмосковья М.Наука. 1969. 1 Юс.

253. Рысин Л.П. Типы леса Серебряноборского опытного лесничества // Природа Серебряноборского лесничества. М. Наука. 1974. С. 173-221.

254. Сапожников П.М. Связь набухания некоторых типов почв с категориями удельной поверхности и энергетикой почвенной влаги // Почвоведение, 1985, №3. С.40-45.

255. Сапожников П.М. Физические параметры плодородия почв при уплотняющем действии сельскохозяйственной техники // Вестн. сельскохоз. науки, 1990, №6. С. 59-67.

256. Сапожников П.М. Физические параметры плодородия почв при антропогенных воздействиях. Автореф. дисс. д-рас/х. наук. М. 1994. 48с.

257. Сапожников П.М., Уткаева В.Ф., Васенев И.И. Оценка изменения физических свойств черноземов при орошении // Почвоведение, 1992,№11. С.43-54.

258. Сахаров М.И. Органический отпал в лесных фитоценозах // Почвоведение,.1939. №10.С. 17-24.

259. Свирежев Ю.М. Нелинейные волны, диссипативные структуры и катастрофы в экологии. М.: Наука, 1987.368 с.

260. Свирежев Ю.М., Логофет Д.О. Устойчивость биологических сообществ. М.: Наука, 1978. 352 с.

261. Связная вода в дисперсных системах. М. МГУ. 1977. 216с.

262. Сельскохозяйственные экосистемы. М. Агропромиздат, 1987. с.85-103.

263. Семенов A.M. Осцилляции микробных сообществ в почвах // Перспективы развития почвенной биологии . М.: МАКС Пресс. 2001. С.57-72

264. Семенов В.М., Кравченко И.К., Кузнецова Т.В и др. Окисление метана в аэробных почвах: влияние природных и агрогенных факторов // Эмиссия и сток парниковых газов на территории Северной Евразии. Пущино, 2003. С.104-105.

265. Сирин A.A. Водообмен и структурно-функциональные особенности лесных болот // Автореферат докт. дисс. Москва, 1999.44 с.

266. Смагин В.Н. Леса бассейна р. Уссури. М. Наука. 1965. 270с.

267. Смагип A.B. Почва как результат самоорганизации биогеоценоза. // ДАН СССР, 1989, Т. 308, №3, С.729-731.

268. Смагин A.B., Быстрицкая Т.Л. Самоорганизация БГЦ и формирование почвы. // Экологическая кооперация. Братислава, 1989, №3. С.48-50.

269. Смагин A.B., Смирнов Г.В. Использование газохроматографического метода для определения изотерм сорбции паров воды почвой. // Почвоведение, 1991, №9. С.155-158.

270. Смагин A.B., Савельев A.A., Смагина М.В. Организация песчаных почв сосновых БГЦ (уровень системы почвенных горизонтов) // Почвоведение, 1992, №9. С. 120-130.

271. Смагин A.B. Биофизические аспекты структурообразования песчаных лесных почв. // в сб. « Физика почв и проблемы экологии». Пущино, 1992.С. 97-99.

272. Смагин A.B. Смирнов Г.В. Газохроматографический метод определения удельной поверхности в почвах. // в сб. «Физика почв и проблемы экологии». Пущино, 1992. С. 99101.

273. Смагин A.B. Агрегатный уровень организации песчаных почв сосновых БГЦ // Почвоведение, 1993, №6. С. 16-23.

274. Смагин A.B. Садовникова Н.Б. Влияние сильнонабухающих полимерных гидрогелей на водоудерживающую способность легких почв // Почвоведение, 1994, №11.С.50-55.

275. Смагин A.B. Методика оценки агрегатной структуры песчаных почв // в сб. «Физические и химические методы исследования почв». М.МГУ, 1994. С.41-46.

276. Смагин A.B. Смирнов Г.В. Применение газовой хроматографии для определения изотерм сорбции паров воды и удельной поверхности в почвах // в сб. «Физические и химические методы исследования почв». М.МГУ, 1994. С.23-32.

277. Смагин A.B. К теории устойчивости почв. // Почвоведение, 1994, №12. С.26-33.

278. Смагин A.B. Смирнов Г.В. Методы определения эффективного коэффициента диффузии С02 в почве. // Вестн Моск. Ун-та. 1996. Сер. 17, почвоведение. №2.С.З-10

279. Смагин A.B. Биогеоценологическое направление в почвоведении // Почвоведение, 1996, №3.C.298-309.

280. Смагин А.В Развитие биофизического направления в почвоведении // Докл. II Съезд почвоведов России. Санкт-Петербург, 1996. T.l С.113.

281. Смагин A.B. Анализ поведения углекислого газа в почве // Вестн. Моск. Ун-та. 1998. Сер. 17, почвоведение. №4. С.28-35.

282. Смагин A.B. Линейный анализ неустойчивости фронта впитывания как причины преимущественных потоков в однородной пористой среде // в сб. «Лизиметрические исследования почв». М. МГУ, 1998. С. 176-181.

283. Смагин A.B., Садовникова Н.Б., Мизури Маауиа Бен-Али. Определение основной гидрофизической характеристики почв методом центрифугирования // Почвоведение, 1998, №11. С.1362-1370.

284. Смагин A.B. Режимы функционирования динамических биокосных систем // Почвоведение, 1999. №12.С.1433-1447.

285. Смагин A.B. Газовая фаза почв. М. МГУ. 1999. 200 с.

286. Смагин A.B., Садовникова Н.Б., Хайдапова Д.Д., Шевченко Е.М. Экологическая оценка биофизического состояния почв. М.МГУ. 1999.48с.

287. Смагип A.B., Губер А.К., Шеин Е.В., Мунир Гайз. Разработка почвенных конструкций и режимов орошения озеленяемых городских ландшафтов в условиях аридного климата // в сб. «Деградация почв и опустынивание» М. МГУ. 1999. С. 470-482.

288. Смагин A.B. Экспериментальное определение эффективных коэффициентов диффузии газов в торфах // в сб. «Физико-химические и экологические проблемы наукоемких технологий добычи и переработки органогенных материалов». Тверь. 1999. С.85-89.

289. Смагин A.B., Смагина М.В., Глухова Т.В. Потоки, генерирование и эмиссия парниковых газов заболоченными почвами // в сб. «Болота и заболоченные леса в свете задач устойчивого управления природопользованием» М.ГЕОС. 1999. С. 230-233.

290. Смагин A.B., Садовникова Н.Б, Смагина М.В., Глаголев М.В. и др. Моделирование динамики органического вещества почв. М.МГУ. 2001. 120с.

291. Смагин A.B. Газовая функция почв // Почвоведение, 2000, №10. С.1211-1223.

292. Смагин A.B., Смагина М.В., Вомперский С.Э., Глухова Т.В Особенности генерирования и выделения парниковых газов в болотах. // Почвоведение, 2000, №9. С. 1097-1105.

293. Смагин A.B. Количественная оценка показателей круговорота углерода по форме органопрофиля почвы // в сб. «Круговорот биогенных веществ и плодородие почв в адаптивно-ландшафтном земледелии России». М. РАСХН-ВНИПТИХИМ., 2000 С.83-87.

294. Смагин A.B. Экологическая газовая функция почв// Докл. III Съезда почвоведов России. Суздаль, Км. 1,2000. С. 82.

295. Смагин A.B. Распределенные кинетические модели органопрофиля почв. // Вестн. Моск. Ун-та. 2001. Сер. 17, почвоведение. №3. С. 3-7.

296. Смагин A.B., Глаголев М.В. Стратегия оптимизации газовой функции болотных экосистем. // в сб. Почва как связующее звено функционирования природных и антропогенно-преобразованных экосистем. ИГУ. Иркутск. 2001. С.188-190.

297. Смагин A.B. Триггерные режимы функционирования и устойчивость динамических биокосных систем. // Тез. копф. «Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям» М. Почв, ин-т РАСХН, 2002.С.78.

298. Смагин A.B. Теория и методы оценки физического состояния почв. // Почвоведение. 2003 ЖЗ.С.328-341.

299. Смагин А.В Новые представления о динамике газов в гидроморфных биокосных системах // Тр. 2 Межд копф. «Эмиссия и сток парниковых газов на территории северной Евразии». Пущино, 2003. С. 108-109.

300. Смагин A.B. Почвенно-гидрологические константы миф или реальность // Фундаментальные физические исследования в почвоведении и мелиорации М.МГУ. 2003. С.247-251

301. Смагин A.B., Садовникова Н.Б., Назарова Т.В., Кирюшова А.Б., Машика A.B., Еремина A.M. Влияние органического вещества на водоудерживающую способность почв // Почвоведение, 2004 № С. 1-10.

302. Смагина М.В. Микроорганизмы и экологические особенности трансформации органического вещества в осушаемых болотных лесах. Автореферат канд . дисс., Красноярск, 1988. 18с.

303. Сметиик A.A., Губер А.К. Проверка достоверности математической модели миграции пестицидов в черноземе типичном. // Почвоведение, 1997, N10,с. 1260-1264.

304. Смит Дж.М. Модели в экологии. М. Мир 1976, 184 с.

305. Смит У. Лес и атмосфера М. Прогресс. 1985.429с.

306. Современные физические и химические методы исследования почв. М.МГУ, 1987. 204с.

307. Соколов В.И. Центрифуги. М. Машгиз. 1950. 306с.

308. Соколов И.А. Почвообразование и экзогенез. М.Почв. ин-т. им. Докучаева. 1997. 244с.

309. Соколов И.А. Таргульян В.О. Взаимодействие почвы и среды: почва-память и почва-момент // Изучение и освоение природной среды, М. 1976. С. 150-164.

310. Сорокина Н.П., Когут Б.М. Динамика содержания гумуса в пахотных черноземах и подходы к ее описанию//Почвоведение, 1992, №2. с. 178-184.

311. Спозито Г Термодинамика почвенных растворов. JI. Гидметиздат. 1984. 213с.

312. Степанов JI.H. Агрофизическая оценка потенциального плодородия связных почв Нечерноземной зоны //Тез Вс. съезда почвоведов. Новосибирск. 1989. кн.1 с. 73.

313. Степанов А.Л., Судницын И.И, Умаров М.М., Галиманте Б. Влияние плотности почв и давления почвенной влаги на эмиссию закиси азота и диоксида углерода // Почвоведение, 1996, №11. С.1337-1340.

314. Строганова М.Н., Мягкова А.Д. Прокофьева Т.В. Роль почв в городских экосистемах // Почвоведение, 1997, №2. с.96-101.

315. Судницын И.И. Движение почвенной влаги и водопотребление растений. М. МГУ. 1979. 254с.

316. Судницын И.И. Экологическая гидрофизика почв. М. МГУ. 1995. 80 с.

317. Судницин И.И., Зайцева Р.И. О методах определения зависимости давления почвенной влаги от влажности // Вестн. МГУ, сер. 17,1993, №2. С. 18-24.

318. Судницина Т.Н. Особенности почвенного питания древостоев сложных сосняков в связи с составом пород // Пространственная структура сложных сосняков. М.Наука. 1987. С.42-56.

319. Сукачев В.Н. Основы лесной биогеоценологии. М.: Наука, 1964. 574 с.

320. Суранов А.В, Смагин A.B. Исследование динамики диоксида углерода в почвенных лизиметрах в зимний период // Эмиссия и сток парниковых газов на территории Северной Евразии. Пущино, 2003. С.111-112.

321. Сысуев В.В. Моделирование процессов в ландшафтно-геохимических системах М. Наука. 1986.302 с.

322. Таргульян В.О. Общепланетарная модель экзогенеза и педогенез // Успехи почвоведения. М.: Наука, 1986. С. 101-108.

323. Титлянова A.A. Биологический круговорот углерода в травяных биогеоценозах. Новосибирск, Наука, 1977. 222 с.

324. Титлянова A.A. О режимах биологического круговорота в наземных биогеоценозах // Почвоведение. 1989. №6. С. 71-80.

325. Титлянова A.A. Эмиссия диоксида углерода из почв Западной Сибири // Эмиссия и сток парниковых газов на территории Северной Евразии. Пущино 2000. с.55-56.

326. Томпсон Дж. М. Т.Неустойчивости и катастрофы в науке и технике. М.Мир, 1985. 254 с.

327. Трибис В.П. Оценка скорости минерализации органического вещества торфяных почв // Почвоведение, 1990, №2. С. 105-110.

328. Травникова Л.С. Влияние поселения липы под пологом сосняка дубнякового на свойства почвы // Тр. Воронеж, гос. зап. 1959. Вып. 8. С. 264-267.

329. Трофимов С.Я., Седов С.Н. Функционирование почв в биогеоценозах: подходы к описанию и анализу // Почвоведение. 1997. №6. С. 770-778.

330. Трофимов С.Я., Вотнер П., Куту М.М. Разложение органического вещества лесных почв в лабораторных условиях // Почвоведение, 1998, №12. с.1480-1488.

331. Турлюн H.A. К теории газообмена в почвах // Почвоведение, 1957, №7. С. 22-30.

332. Углекислый газ в атмосфере. М.: Мир, 1987. 532 с.

333. Уткин А.И., Рождественский С.Г., Гульбе Я.И., Каплина Н.Ф. Анализ продукционной структуры древостоев М.Наука. 1988.240 с.

334. Ужегова И.А. Особенности начального почвообразования па отвалах железно-рудных месторождений Урала//Тез докл. 8 Вс. съезда почвовед. Новосибирск. 1989. Кн.1. С. 195.

335. Федорова Н.Н, Зуев B.C., Зверева Т.С. Сорбция воды гумусовыми веществами почв // Вестник ЛГУ. Биология. 1988. 25с.

336. Физика почв и проблемы экологии. Пущино. 1992. 85с,

337. Физические и химические методы исследования почв. М. МГУ 1987. 204с.

338. Физические условия почвы и растение. М. Изд-во Ин. Лит-ры. 1955. 568с.

339. Фокин А.Д. Динамическая характеристика гумусового профиля подзолистой почвы // Изв. ТСХА. 1975, №4. С. 80-88.

340. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. М. Химия. 1989. 464с.

341. Хайдапова Д.Д., Смагин A.B. Некоторые физико-механические свойства и основная гидрофизическая характеристика почв // Тез Межд. конф. «Слитые почвы». Майкоп. 1998. с.41

342. Хайдапова Д.Д., Аксенов A.B. Взаимосвязь пластической прочности и липкости почв с основной гидрофизической характеристикой // Почвоведение, 2001, №5, С.586-593.

343. Хакен Г. Синергетика М. Мир . 1980. 404 с.

344. Хан. Д.В. Органо-минеральные соединения и структура почвы. М. Наука. 1969. 142 с.

345. Харитонова Г.В., Витязев В.Г. Изотермы сорбции водяного пара почвами // Почвоведение, 2000, №4. С.446-453.

346. Харченко С.И. Управление водным режимом на мелиорируемых землях в нечерноземной зоне. Л. Гидрометеоиздат. 1987. 238с.

347. Хегай Т.А., Ананьева Н.Д. Кинетика необратимого поглощения двуокиси углерода меченной С14 различными почвами //Доклады ТСХА вып. 208, 1975, с.77-80.

348. Хегай Т.А., Рачинский В.В., Пельтцер A.C. Сорбция двуокиси углерода почвами // Почвоведение,1980, №1. С.62-68

349. Хильми Г.Ф. Теоретическая биогеофизика леса М. Наука. 1957. 206с.

350. Хильми Г.Ф. Философские проблемы преобразования природы // Взаимодействие паук при изучении Земли. М. Наука, 1964. с.55-65.

351. Хильми Г.Ф. Биогенные превращения энергии и их экологическое значение // Проблемы оптимизации в экологии М. Наука 1978 . С.159-175.

352. Челядник П.Т. Закономерности профильного распределения некоторых почвенных характеристик водораздельных и эродированных черноземов Юго Западной Украины. Автореферат канд . дисс., Кишинев, 1970.28с.

353. Черноземы СССР. М.: «Колос». Т1,1974, 560 с.

354. Черноземы СССР (Украина). М.: «Колос». 1981. 256 с

355. Чертов О.Г. Экология лесных земель. Л. Наука. 1981. 192с.

356. Чертов О.Г. Имитационная модель минерализации и гумификации лесного опада и подстилки // Ж.О.Б. 1985, т.46, №6. с.794-804.

357. Чичагова O.A. Современные направления радиоуглеродных исследований органического вещества почв// Почвоведение 1996,№1. с. 99-101.

358. Чухров Ф.В. Коллоиды в земной коре. М.: Из-во АН СССР, 1955. 672 с.

359. Шанцер Е.В. Аллювий равнинных рек умеренного пояса и его значение для познанаия закономерностей строения и формирования аллювиальных свит // Тр. Ин-та геол. Наук. 1951. Вып. 135. 274 с.

360. Шевелуха B.C. Рост растений и его регуляция в онтогенезе. М.: Колос,1992. 600 с.

361. Шевченко Е.М., Смагин A.B. Кинетика сорбции углекислого газа поверхностью модельных пористых сред. // Тр. Нац. конф с межд. участ. «Эмиссия и сток парниковых газов на территории северной Евразии». Пущино, 2000. С. 122-123.

362. Шеии Е.В., Бсрезин П.Н., Капинос В.А. Задачник по физике почв. М. МГУ. 1988. 80с.

363. Шеин Е.В., Гудима И.И. Методические подходы к эколого-агрофизической оценке орошаемых почв// Почвоведение. 1990. №5 С. 86-94.

364. Шеин Е.В., Гудима И.И., Мокеичев A.B. Методы определения основных гидрофизических функций для целей моделирования. // Вестн Моск. Ун-та. 1993. Сер. 17, почвоведение. №11.С. 1323-1331.

365. Шеин Е.В., Гудима И.И.,Махновецкая C.B. Лабораторный метод определения давления барботирования // Физические и химические методы исследования почв. М.: МГУ, 1994.

366. Шеин Е.В., Пачепский Я.А. Губер А.К., Чехова Т.И. Особенности экспериментального определения гидрофизических и гидрохимических параметров математических моделей влаго и солепереноса в почвах // Почвоведение . 1995. №12. С. 1479-1486.

367. Шеин Е.В., Дембовецкий A.B., Губер А.К. Педотрансфункции: получение, обоснование, использование//Почвоведение, 1999, №11. С. 1323-1331.

368. Шеин Е.В. Фундаментальные проблемы современной физики почв // Фундаментальные физические исследования в почвоведении и мелиорации М.МГУ. 2003. С.34-36.

369. Шеин Е.В., Милановский Е.Ю. Роль и значение органического вещества в образовании и устойчивости почвенных агрегатов. //Почвоведение, 2003, №1. С.53-61

370. Шилова Е.И., Крейер К.Г. углекислота почвенного раствора и ее роль в почвообразовании// Почвоведение, 1957,№7. с.65-72.

371. Шнырев H.A. Влияние уровня воды на эмиссию метана из болот Западной Сибири // Тез. докл. 8 Межд. Конф. студентов и аспирантов по фундаментальным паукам «Ломоносов 2001». М.МГУ 2001, с.136-137.

372. Щукин Е.Д., Перцов А.В., Лмелина Е.А.Коллоидная химия.М.МГУ. 1982.352с.

373. Эвальд Э. О взаимоотношении исследований в области генезиса и экологии почв // Почвоведение. 1972. №2. С. 22-28.

374. Юркевич И.Д., Ярошевич Э.П. Биологическая продуктивность типов и ассоциаций сосновых лесов. Минск. Наука и техника. 1974.294с.

375. Ainsworth С.С., Rai D., Smith S.C. Cause and remediation of hydrogen sulfide emissions from a sodium-based flue gas desulfurization sludge disposal pond // J. Env. Qual., 1995, v.24, p. 286292.

376. Amundson R., Stern L., Baisden Т., Wang Y. The isotopic composition of soil and soil-rcspired C02 // Geoderma v. 82. 1998. p/.83-l 14.

377. Andren O., Katterer T. ICBM: The introductory carbon balance model for exploration of soil carbon balances // Ecological Appl., 1997, 7(4), p. 1226-1236.

378. Andren O., Katterer T. Soil carbon sequestration made simple the minimum modeling effort // Эмиссия и сток парниковых газов на территории Северной Евразии. Пущипо, 2000. с. 109.

379. Amali S. Rolston D.E., Yamaguchi Т/ Transient multicomponent gas-phase transport of volatile organic chemicals in porous media // J. Env. Qual. 1996. V. 158. P. 106-114.

380. Bandibas J., Vermoesen A., De Croot C.J., Van Cleemput O. The effect of different moisture regimes and soil characteristics on nitrous oxide emission and consumption by different soil // Soil Sci., 1994, v. 158, p.106-114.

381. Ball D.F., Williams W.H. Soil development on coastal dunes of Holkham, Norfolk // Tp. 10 межд. Конгр. Почвоведов. M. Наука, 1974. т.6. с.380-387.

382. Baver L.D. The effect of organic matter on soil structure // Pontif. Ac.Sci. Scripta Varia, 1968, №32. P. 383-403.

383. Beauchamp E.G. Nitrous oxide emission from agricultural soils // Can. J. Soil, Sci., 1997, v. 77, P. 113-123.

384. Beven, K., Germann, P. 1982. Macropores and water flow in soils. // Water Resour. Res. 18, p. 1311-1325.

385. Boeck P., Van Cleemput O. Flux estimates from soil methanogenesis and methanotrophy // Env.Monitor, and Asses. 1996, v.42, P. 189-207.

386. Boesten, J.J.T.I. , Van der Linden, A.M.A. 1991. Modeling the influence of sorption and transformation on pesticide leaching and persistence.// J. Environ. Qual. 20, P. 425-435.

387. Bohn H.L. Soil absorption of air pollutants //J. Env. Qual., 1972, v.l, P. 372-377

388. Bosma T.N.P. Simulation model for biotransformation of xenobiotics and chemotaxis in soil columns//J. Contaminant Hydrol. 1988. V.2 №3 P.225-236.

389. Bouwman A.F. Compilation of global inventory of emission of nitrous oxide. Bilthoven: Nat. Inst, of Publ. Health and Env. Protect. P. 261-272.

390. Bowden W.A. Gaseous nitrogen emissions from undisturbed terrestial ccosystcms // Biogeochemistry, 1986, 12. P. 249-279.

391. Bridges E.M., Batjes N.H. Soil gaseous emissions and global climate change // Geography, 1996, V.81(2). P. 155-169.

392. Burton D.L., Bergstrom D.W., Covert J.A., et al. Three methods to estimate N20 fluxes as impacted by agricultural management // Can. J. Soil Sei., 1997, v. 77. P. 125-134.

393. Buyanovsky G.A., Wagner G.H. Changing role of cultivated land in the global carbon cycle // Biol, and Fert. of Soils (in print).

394. Campbell G.S. An introduction to Environmental Biophysics. Springer Verlag, New York. 1977.315 P.

395. Campbell G.S. Soil Physics with BASIC. Elsevier Sei., 1985. 268 p.

396. Chaney K., Swift R.S. Studies of aggregate stability: The effect of humic substances on the stability of re-formed soil aggregates //J/ Soil. Sei., 1986. Vol. 37. P. 337-343.

397. Chapman S.J., Kanda K., Tsuruta H., Minami K. Influence of temperature and oxygen availability on the flux of volatile sulfur compounds from wetlands // Soil Sei. Plant Nutr., 1996, v.42 (2), p. 279-288.

398. Chertov O.G., Komarov A.S. SOMM: A model of soil organic matter dynamics // Ecological Modelling 1997 V.94. P. 177-189.

399. Cho C.M., Burton D.L., Chang C. Denitrification and fluxes of nitrogenous gases from soil under steady oxygen distribution // Can. J. Soil Sei., 1997, v.77, p.261-269.

400. Coleman D.C. Compartmental analysis of total respiration: an exploratory studu // Oikos. 1972 V.24. №3 P.361-366.

401. Damman A.W.H. Effect of vegetation changes on the fertility of a Newfoundland forest site // Ecol. Monogr. 1971. V.41. №3. P.253-270.

402. Deshande T.L. Greenland D.J. Quirk J.R. Role of iron oxides in bonding of soil particles // Nature 1964. №201, P. 107-108.

403. Driven by Nature: Plant litter quality and decomposition. Cab International. UK. 1997. 409 p.

404. Freitag H.E., Luttlich M. Nachweis typischer Reaktions Geschwindigkeitskonstanten bei der Mineralisierung der organischen Bodensubstanz // Arch. Acker- und Pflanzenbau , 1988, Bd.32, №9, s.569-575.

405. Friesel P., Schroeder D The interpretation of podzolization by means of a model of soil-sorption-chromatography // Tr. 13 Congr. Int. Soc. Soil. Sei. , Hamburg. 1986. V. 3 P. 11161117.

406. Fukui Y., Doskey P.V., Technique for measuring nonmethane organic compound emissions from grassland //J. Env. Qual.,1996, v.25, p. 601-610

407. Fyles I.W., McGill W.B Effects of vegetation on properties of sandy soils in Central Alberta // Can/J/Soil Sei. 1988. V. 68. №2. P.381-394.

408. Geis J.W., Boggess W.R., Alexander J.D. Early effects of forest vegetation and topographic position on dark-colored, prairiederived soils // Soil Sei. Soc Am. Proc. 1970. V.34. №1. P. 105111.

409. Geoderma. Vol. 70, spec, issue: Fingered flow in unsaturated soil. Elsevier Sei Publ. 1996. P. 83-324.

410. Glagolev M, Panikov N, Inoue G. Modelling of methane emission to atmosphere in West-Siberian wetland // Proc. of 6th Sump, on the joint Siberian permafrost studies. 1998. Tsukuba. Japan. P. 175-190.

411. Glass R.J., Steenhuis T.S., Parlange J.Y. Mechanism for finger persistence in homogeneous unsaturated porous media // Soil Sci. 1989. V.148. №1. P. 60-70.

412. Goulding K.W.T., Willison T.V., Webster C.P., Powlson D.S. Methane fluxes in aerobic soils // Env. Monitor, and Asses., 1996, v.42, p. 175-187.

413. Grismer M.E. Kinetics of water vapor adsorption on soils // Soil Sci. 1987.V.143. №.5.P.367-371.

414. Gupta S.C., Larson W.E. Estimating soil water retention characteristics from particle size distribution, organic mater content, and bulk density.// Water Resour. Res., 1979, v. 15, P. 16331635.

415. Harte J., Holden C., Schneider R., Shirely C. "Toxics A to Z" a Guide to Every Day Pollution Hazards. Berkley; Los Angeles; Oxford: Univ. Calif. Press. 1991. 680p.

416. Hartmann R., De-Boodt The influence of moisture content, texture and organic matter on the aggregation of sundy and lomy soils // Geoderma. 1974. Vol.11. P.53-62.

417. Henault G., Germon J.S. Quantification de la denitrification ct des emissions de protoxyde d'azote par les sols // Agronomie, 1995, V.15, P.321-355.

418. Houghton R.A. Changes in the storage of terrestrial carbon since 1850 // Soils and global change. CRC. Lewis, 1995/ P.45-65.

419. Houghton R.A.,Callander B.A.,Varney S.K. Climate change.Cambridge Univ.Press.1992.

420. Hunt H.W. A simulation model for decomposition in grasslands // Ecology, 1977, V.58, p.469-484.

421. Ingersoll R.B., Inman R.E., Fisher W.R. Soils potential as a sink atmosperie carbon monoxide 11 Tell us, 1974, v.26, p.151-158.

422. Jarvis, N.J. 1994. The MACRO model (Version 3.1). Technical description and sample simulations. Reports and Dissertations 19, Dept. Soil Sci., Swedish Univ. Agric. Sci., Uppsala, 51 pp.

423. Jaukainen E. Age and degree of podzolization of sand soils on coastal plain of Northwest Finland // Comment Biological 1973, №68, p.32.

424. Joany C., Chassin P. Wetting properties of Fc and Ca humates // Sci. Total Environ. 1987. V.62. P.267-270.435. de Jong E., Schappcrt H.J.V. Calculation of soil respiration and activity from C02 profiles in the soil // Soil Sci, 1972, №5 Vol 113.

425. Kattcrer T. et al. Temperature dependence of organic matter decomposition: a critical review using literature data analyzed with different models // Bio Fertile Soils 1998, №27, p.258-262.

426. Katterer T., Andren O. Long-term agricultural field experiment in North Europe: analysis of the influence of management on soil carbon stocks using the ICBM model // Agricult. Ecosys. and Envir. 1999 (72), p. 165-179.

427. Khali M.A.K., Rasmussen R.A., The global sources of N2O //J. of Geophysical Research, 1992, v.97,p.651-660.

428. King C.M. Ecological aspects of methane oxidation.// Advances in Microbal Ecology. N.Y. Ed. K.C. Marshall, 1992, p. 431-448.

429. Kruse C.W., Iversen N. Effect of plant succession. on microbiological oxidation of atmospheric methane in a heath land soil // FEMS Microbiology Ecology, 1995, v. 18, p. 121-128.

430. Kruse C.W., Moldrup P, Iversen N. Atmosperic methane diffusion and consumption in a forest soil // Soil Sci., 1996, v.161 (6), p.355-365.

431. Kumaraswamy S., Rath A.K., Bharati K., et al. Influence of pesticides on methane oxidation in * a flooded soil // Bull. Env. Contain. Toxicol.,1997, v.59, p.222-229.

432. Lang K.L., Silvola J., Ruuskanen J., Martikainen P.J. Emissions of nitric oxide from boreal peat soils//J. ofBiogeography, 1995, v.22, h. 359-364.

433. Lessard R., Rochette P., Gregorich E.G. Nitrous oxide fluxes from manure-amended soil under maize//J. Env. Qual., 1996, v.25, h. 1371-1377.

434. Letey J. Relationship between soil physical properties and crop production // Advances in Soil Sci. Springer-Verlag N.Y. 1985. P.277-294.

435. Lauren A Physical properties of the mor layer in a Scots pine stand: air permeability // Can.J. of Soil Sci. 1997, №3. P.635-642.

436. Maas E.V., Hoffman G.J. Crop-salt tolerance evaluation of existing data // J. Irrig. Drain. Div., 1977, v.103. P.l 15-134.

437. Mancinelli R.L. The regulation of methane oxidation in soil // Annu. Rev. Microbiol., 1995, v.49, p. 581-605

438. Mc Coy B.J., Rolston D.E Convective transport of gases in moist porous media // Env. Sci. Tech. 1992. V.26. P. 2468-2476.

439. Miles R.J., Franzmeir D.P. A litochronosequence of soils formed in dune sand // Soil Sci. Soc. Am. J. 1981. V. 45. №2. P.369-2-367.

440. Moiser A.R., Duxbury J.M., Freney J.R., et al. Assesing and mitigating N2O emission from agricultural soils // Climate Change, 1998, v.40, p.7-38.

441. Moldrup P. Kruse C.W., Rolston D.E., Yamaguchi T. Modelling diffusion and reaction in soils: III/. Predicting gas diffusivity from the Campbell soil-water retention model // Soil Sci. , 1996, V. 161, №6. P. 366-375.

442. Murasyama S., Abu Bakar Z. Decomposition of tropical peat soils // JARQ, 1996, V.30. P. 145158.

443. Murase J., Kimura M. Methane production and its fate in paddy fields // Soil Sci. Plant Nutr., 1996, v.42, p.187-190.

444. Nieber, J.L. 1996. Modeling finger development and persistence in initially dry porous media. // Geoderma, 70, P. 207-229.

445. Nimmo J.R., Stonestrom D.A., Akstin K.C. The feasibility of recharge rate determinations using the steady-state centrifuge method // Soil Sci.Soc. of Am. J. 1994. №1. P. 49-56.

446. Nyborg M., Laidlaw J.W., Solberg E.D., Malhi S.S. Denitrification and nitrous oxide emissions from a black chemozemic soil during spring thaw in Alberta // Can. J. Soil Sci.,1997, v.77, p.153-160.

447. Oades J.M. Soil organic matter and structural stability: mechanisms and implications for management // Plant and soil. 1984. Vol. 76 P. 319-337.

448. O'Brien B., Stout J. Movement and turnover of soil organic matter as indicated by carbon isotope measurement // Soil Biol. Biochem., 1978. V10. №4.

449. Osozava S. A simple method for determining the gas diffusion coefficient in soils and its application to soil diagnosis // Mokoku Bull. Nat. Inst. Agro-environ. Sci.1998, №15. P. 1-66.

450. Paris D.F., Steen W.C. et al. Second-order model to predict microbiological degradation of organic compounds in natural waters. Appl. Env. Microb. 1981, V.41, №3. p.603-609.

451. Parlanger J.Y., Hill D.E. Theoretical analysis of wetting front instability in soils // Soil Sci. 1976 .V.122. №6. P. 236-239.

452. Paul J.W., Zebarth B.J. Denitrification and nitrate leaching during the fall and winter following dairy cattle slurry application//Can. J. Soil Sci.,1997, v.77, p.231-248.

453. Petersen L.V., El Faphan Y.H., Moldrup P. et al. Transient diffusion, adsorption and emission of volatile organic vapors in soils with fluctuating low water contents // J. Env. Qual., 1996, v.25, p.1064-1063.

454. Philip J.R. Stability analysis of infiltration // Soil Sci. Am. Proc. 1975. V.39. P. 1042-1049.

455. Post W.M., Emanuel W.R., King A.W. Soil organic matter dynamics and the global carbon cycle// World Inventory of Soil Emission Potentials. Wageningen, 1992,p. 107-119.

456. Prusinkiewicz Z. The effect of the humification degree and of the base saturation on the wettability of soil organic matter.// Acta Biol. Jugosl. 1986. A.35. №1. P.25-43.

457. Raats P.A.C. Unstable wetting fronts in uniform and nonuniform soils // Soil Sci. Am. Proc. 1973. V.37. P.681-685.

458. Renault P.,Parry S., Sierra J., Bidel 1. Les-transferts de gas dans les sols // Courrier de L'envir. de L'INRA, 1997, v.32, p.33-50.

459. Richter J. Evidence for significance of other than normal diffusion transport in soil gas exchange // Geoderma, 1972, v.8, p.95-101.

460. Ritscma, C.J., Dekker , L.W., Hendrickx, J.M.H. & Hamminga, W. 1993. Preferential flow mechanism in a water repellent sandy soil. // Water Resour. Res., 29, P. 2183-2193.

461. Roberts F.J., Carbon B.A. Water rcpcllence in sandy soils of S-W Australia. 2. Some chemical characteristics of the hydrophobic skins // Austral.J. Soil Res. 1972. V. 10 №1. P.35-42.

462. Rudolf J., Rothfuss F.,Conrad R. Flux between soil and atmosphere, vertical concentration profiles in soil, and turnover of nitric oxide//J.of Atm.Chem.,1996,v.23, p.253-273.

463. Saffman P.G., Taylor G.I. The penetration of a fluid into porous medium. // Proc. R. Soc. Lond. A 245. 1958. P. 312-331.

464. Sekera M. Die Wirkung des Wassers auf die Bodenstruktur // Land und forstwirtsch. Betrieb. 1965. H. 14. №6.

465. Seiler W. The cycle of atmospheric CO // Tellus, 1974, v.26, p. 116-135.

466. Shah R.K.,Chokshi M.R., Joshi B.C. Role of humic substances in soil structure and soil aggregation // Chem. Era. 1976. V. 12. №1. P. 20-22.

467. Shirazi M.A., Boersma L., Hart J.W. A unifying quantitative analysis of soil texture // Soil Sci. of Am., 1988, V.52. P.181-190.

468. Silver W.L. The potential effects of elevated CO2 and climate change on tropical forest soils and biogeochemical cycling// Climatic change, 1998, V.39, Kluw. Ac. Publ. P.337-361.

469. Singleton G.A., Lavkulich L.M. A soil chronoscquence on beach sands, Vancouver Island, British Colombia//Can. J. Soil Sci. 1987, V.67,№4, p.795-810.

470. Smagin A.V. Organic carbon dynamics in soils. // Int. Symp. «Functions of soils in the geospherc-biosphere systems». MSU, 2001. P.173-174.

471. Smagin A.V. Problems of quantitative estimation of soil's gas function. // Int. Symp. «Functions of soils in the geosphere-biosphere systems». MSU, 2001. P.174-175.

472. Smith K.A., Clayton H., McTaggart I.P. et al. The measurement of nitrous oxide emissions from soil by using chambers// Phil.Trans.R.Soc.Lond.,1995, v.351, p327-338.

473. Spycher G., Rose S.L., Sollins P. Evolution of structure in a chronosequence of andesitic forest soils//Soil Sci. 1986. V. 142. №3. P. 173-178.

474. Thomas, G.W., Phillips, R.E. Consequences of water movement in macropores. J. Environ. Qual. 1979. 8,149-152.

475. Tisdall J.M., Oadcs J.M. Organic matter and water stabile aggregates in soil // J. Soil Sci., 1982. Vol. 33, №2. P. 141-163.

476. Toop E., Pattey E. Soils as sources and sinks for atmospheric methane // Can. J. Soil Sci., 1997, v.77, p. 167-178.

477. Trevors J.T. Hydrogen consumption in soil // Planr and Soil. 1985. V87.№3. P.417- 422.

478. Ugolini F.C, Dahlgen R.A. A new theory on podzolization and synthesis of imgolite/allophane //Tr. 13 Congr. Int. Soc. Soil. Sci., Hamburg. 1986. V. 3 P. 1306-1307.

479. Valocchi, A.J. Use of temporal moment analysis to study reactive solute transport in aggregated porous media.// Geoderma. 1990.46,233-247.

480. Van Genuchten, M.T., Dalton, F.N. Models for simulating salt movement in aggregated field soils.// Geoderma 1986,38,. 165-183.

481. Wang F.L.,Bettany J.R. Methane emission from a usually well-drained praric soil after snowmelt and precipitation//Can. J. Soil Sci.,1995,v.75, p. 239-241.

482. Wang Z., Zeng D., Patrick W.H. Methane emissions from natural wetlands // Env. Monitor, and Asses., 1996, v.42, p.143-161

483. Warner G.S. Nicber J.L., Moore I.D., Giese R.F. Characterizing macropores in soil by computer tomography // Soil Sci. Soc. Am. J. 1989. V. 53. № 3. P. 653-660/

484. White, R.E. The influence of macropores on the transport of dissolved and suspended matter through soil.//Adv. Soil Sci. 1985. 3,95-120.

485. Yagi K. Methane emission from paddy fields // Bull. Natl. Inst. Agroenviron. Sci., 1997, v. 14, p.96-210.

486. Yates S.R.,Can J.,Ernst F.F. et al. Methyl bromide emissions from a covered field // J. Env. Qual., 1996, v.25, p.892-898.

487. Yates S.R., Wang D., Ernst F.F., Can J. Methyl bromide emissions from agricultural fields // Env. Sci. And Technology, 1997, v.31 (4), p.l 136-1143.

Информация о работе

Смагин, Андрей Валентинович
доктора биологических наук
Москва, 2004
ВАК 03.00.27

Диссертация

Структурно-функциональная организация почв как динамических биокосных систем - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы